远洋珊瑚礁生态系统中顶级捕食者运动塑造的海景连通性及其保护意义

为揭示海洋顶级捕食者运动对珊瑚礁生态系统连通性的影响，研究人员通过声学遥测、网络分析和栖息地建模，发现灰礁鲨（Carcharhinus amblyrhynchos）的运动建立了跨环礁的区域尺度连通性，而红鳍笛鲷（Lutjanus bohar）主要形成局地尺度连接。该研究强调了现有海洋保护区的局地保护有效性，但指出需扩大保护范围以涵盖顶级捕食者的广尺度运动，对珊瑚礁生态系统的长期稳定至关重要。

　　

在广阔的海洋中，珊瑚礁生态系统犹如一颗颗璀璨的明珠，不仅孕育着极高的生物多样性，更是许多海洋生物赖以生存的家园。然而，这些生态系统正面临着过度捕捞、气候变化和人类活动带来的多重威胁。特别是顶级捕食者，如鲨鱼和大型礁鱼，它们的消失可能会引发整个生态系统的级联效应，破坏生态平衡。尽管这些捕食者在维持珊瑚礁健康方面扮演着关键角色，但它们的运动模式如何影响不同栖息地之间的生态连通性，仍是一个未被充分探索的领域。生态连通性是指生物通过移动在不同栖息地之间建立的连接，它对种群的遗传多样性、能量流动和营养链接至关重要。在远程且相对原始的珊瑚礁系统，如澳大利亚西北部的罗利浅滩（Rowley Shoals）和斯科特礁（Scott Reef），理解捕食者的运动模式能为保护策略提供基线信息，帮助设计更有效的海洋保护区。

为了深入探究这一问题，研究人员整合了多学科的方法。他们利用了澳大利亚海洋观测系统（IMOS）的声学遥测数据，通过部署在水下的接收器阵列，追踪了灰礁鲨（Carcharhinus amblyrhynchos）、银尖鲨（Carcharhinus albimarginatus）和红鳍笛鲷（Lutjanus bohar）的运动。数据覆盖了2007年至2016年，包括63头灰礁鲨、10头银尖鲨和25条红鳍笛鲷的检测记录。研究结合了网络分析（基于图论）、栖息地建模和机器学习方法（如梯度提升模型GBM），量化了这些捕食者在两个礁系统中的运动路径、栖息地使用及其对连通性的影响。网络分析中将接收器作为节点，动物移动事件作为边，计算了中心性指标（如度中心性和边介数）来识别核心使用区和关键走廊。栖息地变量包括水深、与礁石通道的距离以及底质类型（如沙地覆盖比例），这些数据从遥感和激光雷达模型中提取。研究还考虑了时间（如昼夜周期）和性别因素，以评估运动模式的变异性。

运动模式在不同物种和地点间的差异

灰礁鲨的运动网络最为广泛，在斯科特礁和罗利浅滩均显示出跨环礁的连接，例如在罗利浅滩，灰礁鲨的运动连接了所有三个环礁（Mermaid、Clerke和Imperieuse），涉及38个节点和513条定向移动路径。这些运动偶尔包括长距离移动（超过30公里）， linking distant atolls within a reef system。相比之下，银尖鲨的运动更局部化，网络较小（11个节点和46条边），且主要限于礁前区域，未进入泻湖。红鳍笛鲷的运动则最为受限，网络集中在泻湖和附近礁前区域，形成局地尺度连接。物种间运动范围的差异反映了它们的生态角色：灰礁鲨作为顶级捕食者驱动区域连通性，而红鳍笛鲷作为mesopredator（中位捕食者）主要影响局地生境链接。

栖息地属性对运动的影响

核心使用区（度中心性高的节点）通常位于礁脊通道附近的浅水低复杂度栖息地（以沙地为主），但具体位置因物种、时间和性别而异。梯度提升模型（GBM）分析显示，到礁脊通道的距离是鲨鱼在斯科特礁运动的最重要预测因子，而水深是罗利浅滩灰礁鲨和红鳍笛鲷的主要影响因素。时间（如昼夜周期）也对运动有显著影响，红鳍笛鲷在白天和夜间显示更大的网络规模。栖息地偏好分析表明，所有物种都倾向于边缘生境（沙地主导），这可能与觅食策略相关，捕食者在这些区域巡逻以捕获猎物。

性别和时空一致性的栖息地使用

雌性鲨鱼（灰礁鲨和银尖鲨）比雄性表现出更广泛的运动网络和更大的移动范围，表明性别特异性模式。在罗利浅滩，雌性灰礁鲨的运动连接了所有三个环礁，而雄性仅连接部分环礁。这种差异可能与繁殖行为相关，例如雌性进行部分迁移以寻找育儿区。时间上，所有物种在白天和夜间运动更活跃，网络更大且连接性更强； crepuscular periods（晨昏时段）的运动较少，可能因为捕食者在此期间移动到阵列未覆盖的 pelagic habitat（远洋栖息地）。

共同路径和多物种连通性

网络分析揭示了物种间共享的高使用路径。在斯科特礁，灰礁鲨和银尖鲨在礁前区域（如North Scott的东北通道附近）有共同走廊，灰礁鲨和红鳍笛鲷共享泻湖内和通道周围的移动路径。这些共同路径突出了跨物种的生态链接，对维护整体生态系统功能具有重要意义。

研究结论强调，海洋捕食者的运动创造了复杂的海景连通性，灰礁鲨等顶级捕食者通过广尺度运动连接 distant habitats（遥远栖息地），而红鳍笛鲷等中位捕食者主要维持局地连接。这种连通性对 metapopulation dynamics（复合种群动态）、基因流动和营养链接至关重要。讨论部分指出，现有海洋保护区（如罗利浅滩的泻湖保护）能有效保护局地尺度连通性，但不足以涵盖鲨鱼的区域运动，暴露它们于渔业威胁。因此，扩大保护范围至包括礁间区域是必要的，以确保生态系统的长期健康和稳定性。该研究为空间管理提供了科学依据，突出了整合运动生态学 into conservation planning（进入保护规划）的紧迫性。