消费者共存机制的新视角：基于S型功能反应的拾荒者-机会主义者权衡研究

本研究针对物种共存机制中的功能响应曲线形状影响问题，研究人员通过构建包含S型（sigmoidal type III）功能响应的消费者-资源模型，系统分析了功能响应曲线曲率对物种共存参数空间的影响。研究发现S型功能响应可通过稳定-失稳权衡（stabilizer-destabilizer trade-off）促进消费者共存，其共存区域大小与经典线性-饱和模型（Armstrong-McGehee模型）相当，但能适应更宽泛的处理时间（handling time）参数范围。该研究为理解自然界中广泛存在的S型功能响应生态意义提供了理论支撑，发表于《Theoretical Ecology》。

　　

在生态系统中，物种如何共存始终是核心科学问题。经典竞争排斥原理认为，两个消费者无法长期共享单一资源，但Armstrong和McGehee提出的波动依赖共存机制打破了这一认知——当消费者表现出差异化的功能响应（functional response）时，资源波动可创造暂时性生态位促进共存。然而，现有理论主要基于线性（type I）和饱和型（type II）功能响应，对自然界中日益被证实的S型（type III）功能响应关注不足。德国波茨坦大学（University of Potsdam）的Lilla Zs. Kiss和Toni Klauschies团队通过数学模型揭示了S型功能响应在物种共存中的独特作用。

研究采用非维度化消费者-资源模型（Eqs. 4-6），通过两种创新方法构建S型功能响应曲线：低曲率法（保留最大资源密度R_S^*=1处的摄取率和[0,1]区间积分）和高曲率法（仅保留区间积分）。通过数值模拟和解析边界分析（如Eq. 12的入侵条件），系统比较了六种功能响应组合下的共存参数空间。

功能响应曲率决定共存模式

当S型响应替代线性响应时，低曲率构造（a₃=3.295, h₃=0.697）通过提高最小资源需求扩大共存区域（图5），而高曲率构造（a₃=35.634, h₃=1.621）因强波动驱动能力形成双共存区（图19）。当替代饱和响应时，高曲率S型在短处理时间（h₂）下显著提升共存概率（图6c），但长h₂时受限于振荡区间收缩（附录D）。

稳定-失稳权衡是关键机制

通过相对非线性指数（RNL）和差异度（D）量化发现（图5d-e），最大共存发生在功能响应曲线交叉且消费者分别具有稳定化和失稳化效应时。例如低曲率S型（稳定化）与饱和型组合，或高曲率S型（失稳化）与线性组合（图4）。双S型系统仅当分别模拟线性和饱和特性时才可能共存（图7）。

该研究证实S型功能响应能通过稳定-失稳权衡实现与经典模型相当的共存潜力（响应比>1），尤其拓展了中等处理时间参数下的共存可能性。这一发现为解释浮游动物（如Daphnia）、线虫等广泛存在的S型摄食者共存提供了新视角，并提示功能响应曲线拟合中的曲率差异可能显著影响生态模型预测。研究结果发表于《Theoretical Ecology》，为复杂生态系统建模提供了关键理论依据。