森林生物多样性中自下而上与自上而下效应协同驱动捕食者-被捕食者相互作用网络

本研究利用蜘蛛肠道内容物代谢条形码技术（metabarcoding），在亚热带森林多样性实验中揭示了树功能多样性（FD）和蜘蛛系统发育多样性（MPD）如何协同调控被捕食者多样性和网络结构。结果表明，自下而上效应（树FD）增强被捕食者丰富度，而自上而下效应（蜘蛛MPD）促进共存；不同狩猎模式蜘蛛响应机制各异，为理解生物多样性丧失下的相互作用提供了新视角。

　　

1 引言

捕食者与被捕食者的相互作用是连接多营养级群落动态的核心环节，其自下而上（bottom-up）效应源于生产者（如树木），而自上而下（top-down）效应则源于捕食者多样性。在高度多样化的生态系统中，量化这些相互作用极具挑战。人类活动和气候变化正导致生物多样性丧失，但这对节肢动物群落的影响仍不明确。传统方法难以追踪小型、高移动性捕食者的真实摄食关系，而代谢条形码技术通过高通量测序捕食者肠道内容物，为重建精确网络提供了突破口。本研究以蜘蛛为模型捕食者，在亚热带森林实验（BEF-China）中整合分类学、功能（FD）和系统发育多样性（MPD），探讨树多样性与蜘蛛多样性如何影响被捕食者多样性和网络结构（包括普遍性、脆弱性和生态位重叠）。假设包括：树多样性通过自下而上效应增加被捕食者多样性；蜘蛛多样性通过自上而下效应改变网络结构；不同狩猎模式蜘蛛（织网型与狩猎型）响应机制不同；功能与系统发育多样性比单一分类学指标更具解释力。

2 材料与方法

实验在中国江西新岗山亚热带森林进行，采用“断棍设计”构建不同树种丰富度（1、2、4、8、16、24种）的55个样地。通过枝条击打法收集蜘蛛，保存后利用形态学和分子方法鉴定物种。蜘蛛腹部DNA经提取后，使用ZBJ-ArtF1c/ZBJ-ArtR2c引物进行COI基因代谢条形码测序，检测被捕食者多样性。生物信息流程包括序列质量控制、去宿主污染、聚类为分子操作分类单元（MOTUs），并基于BOLD数据库进行物种注释。蜘蛛系统发育树利用COI序列构建，功能性状涵盖体形、生物量和狩猎模式。植物多样性指标包括树种丰富度、功能多样性（FD）和垂直结构多样性（VD）。网络分析通过bipartite软件包计算普遍性（捕食者平均被捕食者数）、脆弱性（被捕食者平均捕食者数）和生态位重叠（捕食者间被捕食者利用相似性）。统计分析采用线性回归模型，预测变量包括树多样性（丰富度、FD、VD）和蜘蛛多样性（多度、MPD），分全部蜘蛛、织网蜘蛛和狩猎蜘蛛三类数据集进行。

3 结果

共收集1540只蜘蛛（115个MOTUs），代谢条形码检测到512只蜘蛛肠道中含442个被捕食者MOTUs，主要包括蛛形纲、双翅目和鳞翅目等类群。零模型分析显示网络指标显著偏离随机预期，证实相互作用非随机形成。

• 全部蜘蛛：被捕食者丰富度、脆弱性和生态位重叠均与树FD正相关；树VD则降低被捕食者丰富度但提升脆弱性；蜘蛛