坦噶尼喀湖马索科火山口湖同域分布慈鲷生态型（Astatotilapia calliptera）的食性分化：基于宏条形码技术的营养生态位解析

这篇研究通过宏条形码（metabarcoding）技术揭示了坦桑尼亚马索科火山口湖同域分布的慈鲷（Astatotilapia calliptera）沿岸型（littoral）与深水型（benthic）生态型之间的食性分化。研究发现，深水型个体以环节动物（Annelida）和硅藻（Bacillariophyta）为主食，而沿岸型偏好鳞翅目昆虫（Lepidoptera）、蜉蝣（Ephemeroptera）和双壳类（Bivalvia）。该成果为理解同域物种形成（sympatric speciation）早期阶段的资源分配机制提供了分子生态学证据，凸显了咽颌形态可塑性（pharyngeal jaw plasticity）在生态适应中的关键作用。

　　

ABSTRACT

同域物种形成（sympatric speciation）指无地理隔离条件下新物种的形成过程，但其基因组与生活史策略机制仍不明确。近期研究发现，坦桑尼亚马索科火山口湖的慈鲷Astatotilapia calliptera已分化为沿岸（浅水）与深水（深水）生态型，二者在头部和咽颌形态上存在差异。碳稳定同位素分析曾粗略提示其营养分化，而本研究通过胃内容物宏条形码技术，结合线粒体COI基因与真核生物核小亚基核糖体DNA（18S V4区），首次在精细尺度上揭示了生态型间的食性差异。

1 Introduction

慈鲷鱼类（约3000–4000种）是物种形成研究的经典模型，其非洲湖泊物种群为进化研究提供了天然实验室。Astatotilapia calliptera作为马拉维湖 haplochromine 辐射的祖先代表，在坦桑尼亚北部至少六个火山口湖（包括马索科湖）形成分化。马索科湖形成于约5万年前，目前为封闭湖泊，最大深度39米。该湖的A. calliptera种群约1万年前从河流系统殖民浅水区，1000年前扩展至深水区，分化为蓝色（深水）与黄色（浅水）雄性表型。

形态学研究表明，深水型个体具针状咽颌齿（papilliform jaws），适于浮游生物摄食；浅水型则具臼齿状咽颌（molariform jaws），适应硬壳无脊椎动物处理。稳定同位素分析显示二者碳氮比值差异，但无法解析具体猎物组成。本研究通过宏条形码技术，首次系统比较其胃内容物组成。

2 Materials and Methods

166份样本（74深水型/74浅水型/18中间型）的肠道内容物经盐析法提取DNA，使用Illumina MiSeq平台对COI和18S V4区进行双标记测序。数据经DADA2降噪，BLASTn比对NCBI数据库（分类阈值：门级80%/科级90%/种级97%）。使用phyloseq包进行α/β多样性分析，Horn-Morisita指数计算生态位重叠度，并建立广义线性模型（manyglm）评估体长与生态型对食性的影响。

3 Results

测序共获得2525万条序列（COI与18S各占一半）。α多样性显示浅水型与中间型食性多样性显著高于深水型（p<0.05）。β多样性分析证实生态型间食性差异显著（PERMANOVA，p<0.01）。深水型胃内容物以摇蚊科（Chironomidae）幼虫、寡毛纲（Naididae）和硅藻为主；浅水型则富含鳞翅目、蜉蝣、真菌（Ascomycota）及双壳类（Unionida/Venerida）。生态位重叠指数为0.3–0.33，提示部分资源共用但存在特化。体长与生态型的交互作用显著影响食性组成（p<0.05）。

4 Discussion

深水型通过摄食沉积物中的摇蚊幼虫和硅藻实现营养特化，其针状咽颌适于软体猎物处理；浅水型则利用臼齿状咽颌开发硬壳资源（如淡水蚌类）。二者共食浮游甲壳类（桡足类Copepoda），反映微生境资源的部分重叠。真菌与陆生昆虫在浅水型的出现，暗示其机会性摄食策略。这种"空间分配主导的资源分化"模式，与中美洲慈鲷Herichthys minckleyi的生态型分化机制相似。

研究局限性包括：1）宏条形码无法区分直接捕食与次级摄入；2）东非地区参考数据库覆盖不足；3）PCR扩增偏好性可能引入定量偏差。未来需结合eDNA监测与摄食实验，进一步解析咽颌可塑性在适应性辐射中的作用。

5 Conclusion

本研究通过多基因标记策略，揭示了A. calliptera生态型间显著的食性分化。深水型偏向底栖软体生物，浅水型特化于硬壳猎物，这种营养生态位分化可能驱动了同域物种形成的早期进程。后续研究应聚焦季节性能量流动与咽颌形态的功能基因组基础。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论；专业术语如"papilliform/molariform jaws"等均按原文标注；上标如¹³C使用标准格式；去除了文献引用标识与图表标注）