生态位保守与同域平行进化维持夏威夷Metrosideros树种沿海拔梯度的八种新生类群共存机制研究

这篇研究通过分析夏威夷欧胡岛柯劳火山八种Metrosideros树种的幼苗生长与存活率，揭示了生态位保守性（niche conservatism）与同域平行进化（sympatric parallel evolution）如何驱动这些近缘类群在陡峭海拔梯度上的共存。实验设计结合光照（30%-85%全光照）和磷（P）处理，证实了高海拔类群对资源的生态位分化更显著（Pianka指数），而低海拔类群表现出对光照和磷的可塑性差异（plasticity）。研究为树木适应性辐射早期阶段的生态-进化机制提供了关键案例。

　　

引言

夏威夷Metrosideros（桃金娘科）是太平洋地区特有的木本植物类群，在群岛形成约2.6-3.9 MY的演化历史中，分化出20余个以岛内特有为主的近缘分类单元。其中欧胡岛柯劳火山的八种Metrosideros（含四个无毛和四个被毛类群）沿海拔梯度（200-960米）呈规律性分布，为研究树木适应性辐射早期阶段的生态机制提供了理想模型。

材料与方法

研究采集八种类群的开放授粉种子，培育2240株幼苗，设置高低光照（24%-66% vs. 85%全光照）和磷水平（0 vs. 0.5 mg P/cm³）的4种处理组合，监测24个月的生长（相对生长速率RGR）和存活率。通过主成分分析（PCA）和广义线性混合模型（GLMM）评估类群间差异，并计算Pianka生态位重叠指数和可塑性指数（PI）。

结果

生长响应：高光高磷处理下所有类群RGR显著提升，其中高海拔类群B的增幅达247%。被毛类群（如M. polymorpha var. incana）在低光下存活率（80.2%）显著高于无毛类群（54%），显示生态位保守性。

可塑性：低海拔类群对光照可塑性更强（PI_光=0.109），而高海拔类群对磷响应更敏感（PI_P=0.202）。

表型保留：幼苗36月龄时仍保持类群诊断特征，如高海拔类群B的矮化生长和被毛类群F的气根发达（气根/茎长比达0.31）。

讨论

平行进化：无毛与被毛类群沿海拔呈现趋同演化，如叶片气孔大小在梯度两端的收敛（低海拔：少而大气孔；高海拔：多而小气孔）。

生态位分化：高海拔类群间生态位重叠指数最低（0.928），可能与Ko'olau山脊的强选择压力有关。

限制因素：磷添加整体降低存活率6%，暗示夏威夷古老土壤的P限制可能塑造了类群的养分利用策略。

结论

研究揭示了生态位保守性与同域平行进化共同维持近缘树种共存的机制，为理解树木适应性辐射早期阶段的稳定-分化平衡提供了新视角。未来需结合水分胁迫实验，以全面解析Metrosideros类群对气候变化的响应。