基于iNaturalist社区数据的倒立水母(Cassiopea)北向扩张及其表型适应性研究

本研究利用iNaturalist平台2003-2023年的1276条观测数据，结合11个海岸监测站温度数据，首次证实佛罗里达州倒立水母(Cassiopea)突破27°N历史分布界限的北向扩张现象。研究发现北部种群呈现独特的表型特征（85.3%褐色钟状体、57.8-67.1%细长叶状囊），且扩张与年增温0.12°C及寒冷事件（<15°C）减少显著相关。该研究开创性地验证了社区科学数据在海洋生物地理学研究中的有效性，为热带化(tropicalization)监测提供了新模式。

　　

在气候变化加剧的背景下，热带物种向温带地区的扩张（热带化，tropicalization）正重塑全球海洋生态系统。作为典型的热带标志物种，倒立水母(Cassiopea)因其生态工程效应（通过每小时数百升的水体循环改变营养分布）和接触性螫伤风险，其分布变化备受关注。然而传统监测手段难以捕捉这类胶质生物的动态分布，且关于其表型变异（钟状体颜色、叶状囊形态等）与环境适应性的关系始终存在知识空白。

为破解这些难题，Texas A&M University的研究团队创新性地利用iNaturalist社区科学平台20年间的观测数据，结合温度监测网络，首次系统揭示了Cassiopea在佛罗里达州的北向扩张模式及其表型适应特征。研究发现这种原本局限于26°N以南的水母种群，自2021年起在27°N以北建立稳定种群，其扩张轨迹与区域增温速率（0.12°C/年）及寒冷事件减少显著相关。更引人注目的是，北部种群展现出独特的表型特征：褐色钟状体比例高达85.3%（其他区域55.2-62.7%），细长叶状囊占比57.8-67.1%（南部仅35.2-37.5%）。该研究发表于《Science of The Total Environment》，为理解海洋生物对气候变化的响应机制提供了新范式。

研究团队采用三项关键技术方法：1）整合iNaturalist平台2003-2023年1276条Cassiopea观测数据，建立地理信息系统(GIS)模型；2）通过图像分析对5类表型特征（钟状体大小/颜色、叶状囊大小/颜色/形状）进行标准化分类；3）关联11个NOAA海岸监测站温度数据，验证HOBO自主记录仪与公共数据的相关性（R=0.95）。

【3.1 佛罗里达州Cassiopea北向扩张证据】
通过2015-2023年1008条观测数据的时间-纬度分析，发现Cassiopea北扩趋势显著（R=0.075, p=0.018），而对照物种Aurelia spp.无此现象。两个关键北扩前沿（圣彼得堡27.66°N、皮尔斯堡27.47°N）自2021年起出现持续种群，突破其历史分布界限。

【3.2 观测数据与水温关联】
温度验证显示自主记录仪与NOAA数据高度一致（y=1.6+0.91x）。东北部年增温速率达0.12°C，显著高于其他区域（0.06°C）。2010年后，低于15°C的寒冷事件从年均43天锐减至不足10天，这可能是其突破温度限制的关键。

【3.3 表型特征与栖息地偏好】
多变量分析揭示：细长叶状囊在北部占比超56%（南部31-32%），褐色钟状体在东北部达89%（其他区域49-63%）。尽管57.9%的观测点位于红树林120米范围内，但表型-生境关联性较弱（Cramer's V=0.135-0.263），表明其广环境耐受性。

讨论部分指出三个突破性发现：首先，社区科学数据成功捕捉到水母类群的分布动态，证实iNaturalist在胶质生物监测中的独特价值。其次，Cassiopea的北扩主要受寒冷事件减少驱动，而非红树林扩张（存在250年时滞），这为热带化机制提供了新解释。最后，北部种群的高表型分化可能反映奠基者效应或低温选择压力，其中蓝色色素（与热耐受相关）的减少暗示了温度适应的权衡。

该研究不仅建立了首个全球Cassiopea分布数据库（通过CassiopeaBase共享），更开创性地将社区科学与传统生态监测结合。随着气候持续变暖，这种"公民科学家-研究者"协同模式将为预测海洋生态系统变化提供关键工具，同时警示需关注北扩种群对海草床竞争和人类健康的影响。未来研究可结合基因组学手段，揭示表型分化背后的进化驱动力。