巴西干旱地带蝙蝠洞穴网络支持Pteronotus属蝙蝠种群连通性的比较基因组学研究

《BMC Ecology and Evolution》：A network of bat caves in Brazilian drylands support population connectivity in Pteronotus bats (Chiroptera: Mormoopidae)

本研究针对巴西东北部Caatinga干旱地带两种共栖洞穴蝙蝠Pteronotus personatus和P. gymnonotus，采用ddRADseq技术开展种群基因组学分析。通过对9个蝙蝠洞穴的249个样本进行55,836个SNP标记检测，发现两种蝙蝠均呈现弱种群遗传结构（FST<0.05），地理距离与遗传距离无显著相关性。研究表明这些蝙蝠洞穴构成了动态的栖息地网络，个体在不同洞穴间频繁迁移。该发现为洞穴生态系统保护提供了重要科学依据，强调需要采取景观尺度的保护策略。

　　

在巴西东北部的Caatinga干旱地带，隐藏着一些特殊的石灰岩洞穴，这些洞穴中栖息着规模惊人的蝙蝠群落。其中，Pteronotus属的两种蝙蝠——P. gymnonotus和P. personatus，形成了密度极高的种群，单个洞穴中的个体数量可达15万只之多。这些蝙蝠对洞穴环境有着严格的要求，特别是繁殖期的母蝙蝠会选择具有高温高湿环境的"热室"来抚育幼崽。

这些蝙蝠洞穴不仅是生物多样性的热点区域，更是整个生态系统中的重要环节。蝙蝠通过捕食昆虫控制害虫数量，其排泄的粪便（guano）为洞穴内的特有生物提供了营养来源。然而，这些珍贵的洞穴生态系统正面临着人类活动的威胁，且在全球保护规划中常常被忽视。

更令人担忧的是，我们对这些洞穴蝙蝠的种群动态和遗传背景了解甚少。虽然之前的研究表明P. gymnonotus在相距700公里的洞穴间仍保持基因流动，但其同域分布的近亲物种P. personatus的种群遗传状况仍然未知。这两种蝙蝠虽然共享栖息地，但在体型大小、进化历史和生态习性上存在差异，这使它们成为研究生态 specialization如何影响遗传连通性的理想模型。

为了解决这一知识空白，来自巴西联邦伯南布哥大学和芬兰赫尔辛基大学的研究团队在《BMC Ecology and Evolution》上发表了最新研究成果。研究人员试图探究：在相同的洞穴网络中，两种生态特征相似的蝙蝠是否会表现出相似的遗传结构模式？地理距离是否是影响它们基因流动的主要因素？这些问题的答案对于制定有效的洞穴保护策略至关重要。

研究团队采用了双酶切限制性位点关联DNA测序（ddRADseq）技术，对来自9个洞穴的249只蝙蝠样本（72只P. personatus和177只P. gymnonotus）进行基因组分析。样本采集覆盖了巴西东北部四个州的蝙蝠洞穴，包括塞阿拉州、北大河州、伯南布哥州和塞尔希培州。通过严格的质控过滤，最终获得16,599个高质量的单核苷酸多态性（SNP）位点用于后续分析。

研究人员运用多种生物信息学工具对数据进行分析：使用Stacks软件进行SNP calling，利用主成分分析（PCA）可视化遗传结构，通过ADMIXTURE计算个体祖先系数，并采用F_ST统计量和Mantel检验评估种群分化和隔离距离效应。

种群分布与遗传多样性

研究结果显示，P. personatus仅出现在4个洞穴中，而P. gymnonotus则在所有9个调查洞穴中均有分布。遗传多样性分析表明，两种蝙蝠在不同洞穴间均保持相对均一的遗传多样性水平。P. personatus的核苷酸多样性（π）介于0.256-0.258之间，观察杂合度（H_O）为0.236-0.239；P. gymnonotus的π值为0.220-0.256，H_O为0.204-0.274。值得注意的是，P. personatus的近交系数（F_IS）较高（0.059-0.081），表明该物种可能存在更明显的近交现象。

种群遗传结构分析

PCA结果显示，两种蝙蝠的遗传簇完全分离，证实了它们的物种独立性。对于P. personatus，前三个主成分仅解释了约11%的遗传变异，且未呈现明显的按洞穴分群模式。ADMIXTURE分析进一步支持了这一结论，最佳聚类数K=1表明所有个体属于同一基因库。P. gymnonotus的结果更为显著，尽管采样范围覆盖700公里，但种群间几乎无遗传分化迹象。

种群分化与地理距离的关系

pairwise F_ST分析显示，两种蝙蝠的种群间分化程度极低。P. personatus的F_ST值范围在0.0005-0.0049之间，而P. gymnonotus的F_ST值更低，甚至出现负值（-0.0075至0.0014）。Mantel检验表明，遗传距离与地理距离之间无显著相关性（P. personatus: r=0.7321, p=0.1119; P. gymnonotus: r=-0.1445, p=0.7982），否定了隔离距离效应的重要性。

研究结论表明，巴西Caatinga干旱地带的Pteronotus蝙蝠在广阔的洞穴网络中保持着高度的基因流动。两种物种均未出现明显的种群遗传结构，地理距离也不是影响遗传连通性的主要因素。这一模式提示这些蝙蝠具有动态的洞穴使用策略，个体在不同洞穴间频繁迁移，而非依赖单一固定栖息地。

从保护生物学视角看，这一发现具有重要启示。传统的单点保护策略不足以保障这些洞穴蝙蝠的长期生存，因为它们依赖的是整个洞穴网络而非个别洞穴。保护措施需要从景观尺度出发，将多个洞穴及其连接通道作为整体保护单元。特别值得注意的是，P. personatus仅出现在四个洞穴中，这些洞穴作为其繁殖地具有特殊保护价值。

本研究首次在巴西对两种同域分布的洞穴蝙蝠进行了比较基因组学分析，揭示了生态 specialization与遗传连通性之间的复杂关系。研究结果不仅为理解洞穴生态系统的功能提供了新视角，也为制定科学的保护政策提供了重要依据。在人类活动日益影响自然环境的背景下，采取景观尺度的保护策略对于维护洞穴生物多样性和生态系统服务功能至关重要。