洲际尺度下植物-潜叶昆虫互作网络的趋同演化格局与生态机制

本研究针对洲际尺度植物-潜叶昆虫(leafminer)互作网络的结构差异问题，通过比较欧洲和北美大陆的互作数据集，发现尽管存在显著生物地理差异，两大陆的互作网络结构呈现趋同性，主要由共享核心互作伙伴和较低分类分辨率驱动，为理解大尺度昆虫-宿主互作网络提供了新视角。

　　

在生态学研究中，植物与昆虫的相互作用网络一直是理解生物多样性维持机制的核心议题。潜叶昆虫(leafminer)作为一类高度特化的内食性昆虫，其幼虫在植物叶片内部取食形成独特的潜道(mine)，这种密切的互作关系持续了超过4亿年，对陆地生态系统的稳定性具有重要贡献。然而，与传粉、种子扩散等互惠网络相比，潜叶昆虫与宿主的专性互作网络在区域尺度上的研究仍存在明显空白。尤其令人困惑的是，欧洲和北美大陆具有截然不同的生物地理历史——欧洲东西走向的山脉限制了物种迁移，而北美南北走向的山脉促进了热带-温带物种交流；第四纪冰期时北美拥有更多生物避难所，而欧洲生物多样性遭受更严重损失；加之人类活动影响的差异，理论上应导致显著的生态网络分化。但事实是否如此？

为解答这一科学问题，江西农业大学的研究团队在《Global Ecology and Conservation》发表了开创性研究。他们系统收集了欧洲（62科283属潜叶昆虫×124科826属植物）和北美（58科261属×132科725属）的互作数据，通过Hill数评估采样完整性，构建植物-潜叶昆虫二分网络，计算18个网络指数（包括taxon degree、nestedness、H₂'等），并采用RPANDA包分析系统发育信号。关键技术包括：基于"bladmineerders.nl"和《Leafminers of North America》的互作数据标准化；使用U.PhyloMaker和NCBI Taxonomy构建系统发育树；通过iNEXT包进行多样性外推分析；应用bipartite包计算网络指数；采用Mantel检验评估系统发育信号。

研究结果揭示：1）采样完整性分析显示两大陆的植物和潜叶昆虫属级覆盖度接近饱和，但互作链接仅发现约50%（图1）；2）宿主范围谱显示大多数潜叶昆虫科具有狭窄宿主范围，Agromyzidae、Gracillariidae等少数科呈现广谱性（图2）；3）植物利用谱中Angiosperms占据主导（>96%），Asteraceae、Fabaceae等科承载最多潜叶昆虫（图3）；4）网络级指数显示两大陆结构高度相似（表1），但分类单元级指数如partner diversity存在差异（图4）；5）系统发育信号分析发现Spermatophyta、Eudicots + Nymphaeaceae等植物分支存在显著信号（图5-6），而潜叶昆虫分支未检测到信号。

这项研究首次在洲际尺度上揭示了植物-潜叶昆虫互作网络的趋同模式。其重要意义体现在三方面：首先，挑战了"生物地理历史决定生态网络结构"的传统认知，证明在高级分类阶元或存在普适性互作规则；其次，鉴定出Angiosperms和Lepidoptera作为核心互作模块，以及Asteraceae-Agromyzidae等"主干互作对"，为网络稳定性维持机制提供实证；最后，发现的系统发育保守性（phylogenetic conservatism）暗示植物防御性状的演化约束可能主导互作模式形成。研究也指出当前局限：形态鉴定困难导致物种水平数据缺失，以及潜叶昆虫系统发育解析不足影响深层机制阐释。未来整合DNA条形码和宏基因组技术，将在更精细尺度上推动这类特殊互作网络的比较研究。