在模型植物群落中，竞争机制有助于快速适应气候变暖带来的环境变化（即温度范围的扩展）

《SCIENCE》：Competition enables rapid adaptation to a warming range edge in a model plant community

　　

编辑摘要

关于物种如何应对气候变化的预测通常将物种视为孤立存在的个体，但在自然界中，每个物种都在不断与其他物种相互作用。很少有研究探讨与其他物种的竞争如何影响物种适应变暖的能力，尤其是在温度较高的边缘区域，那里的压力可能更大。Usui和Angert通过一个实验系统解决了这个问题，该系统使用了11种浮萍（Lemna属）基因型，在有或没有自然共存竞争物种的情况下，沿着温度梯度进行生长。经过10到15代后移植的种群显示出受竞争影响的局部适应现象。在分布范围的核心区域，竞争限制了适应能力；而在边缘区域，竞争反而增强了适应能力，只有在有竞争的情况下，温暖边缘区域的适应现象才会发生。——Bianca Lopez

结构化摘要

引言

随着气候变化的加速，种群是否能够快速适应变暖成为生态学、进化生物学和保护生物学中的一个核心问题。许多物种已经在它们地理分布范围的温暖边缘面临严重的热压力，如果没有进化反应，通常会导致局部灭绝和分布范围收缩。然而，大多数关于种群是否能在温暖边缘区域适应的预测都忽略了物种间的相互作用。因此，一个特别重要且尚未解决的问题是，种间竞争者如何影响温暖边缘区域的适应反应，尤其是考虑到气候驱动的分布范围变化预计会加剧这些区域的竞争压力。

研究背景

为了克服在空间和时间上测试竞争、进化和变暖的协同效应这一实证挑战，我们使用浮萍（Lemna属和Spirodela polyrhiza）作为模型植物群落，设计了可重复的、微型化的实验景观。我们在空间上建立了包含或不含S. polyrhiza竞争者的Lemna物种分布范围，并设置了从分布范围核心的较凉爽温度到边缘区域的较温暖温度的温度梯度。然后我们通过实验性升温来模拟边缘区域的气候变暖，并让遗传多样化的Lemna种群在景观中进化，总共持续32天（10到15代）。通过将288个种群在72个地点之间互换移植，我们量化了竞争者对较凉爽的核心区域和变暖边缘区域适应能力的影响。

结果

我们发现，种间竞争者限制了分布范围核心区域的局部适应能力，这与传统预测一致，即竞争带来的负面人口效应会降低适应进化的潜力。相比之下，我们发现只有在种群与种间竞争者共同进化的情况下，它们才能适应变暖。此外，竞争者使得温暖边缘区域的耐热性提高，并增加了热适应范围，但在较凉爽的核心区域则没有这种效果。这些热性状的变化与更小、更分散的植物个体相关，这种特性可能同时提升了植物在热压力下的表现和竞争能力。综合来看，我们在温暖边缘区域的研究结果表明，当存在对生物和非生物选择因素的共同进化反应时，竞争可以促进对变暖的适应。

结论

我们提供了一个被忽视的普遍机制的实证支持，即使是在对抗性相互作用的情况下，它们也可能有助于边缘区域的适应。我们的结果强调，竞争者可能在缓解物种因变暖而导致的分布范围收缩方面发挥关键作用，并可能解释了迄今为止在温暖边缘区域尚未观察到广泛分布范围收缩和生物多样性丧失的现象。总体而言，我们强调了在预测未来分布范围变化时考虑群落背景的紧迫性。幸运的是，我们的结果表明，考虑对抗性相互作用并不一定会阻碍对气候变化的进化反应。

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竞争促进了温暖边缘区域的适应。

我们使用Lemna浮萍建立了在边缘区域经历变暖的微型化分布范围，其中包含和不含Spirodela竞争者。只有那些在竞争者存在下进化的种群才能适应温暖边缘区域的变暖。

摘要

大多数关于种群是否能够适应温暖边缘区域的预测都忽略了物种间的相互作用。我们通过实验测试了在竞争性模型植物群落（Lemna属和Spirodela polyrhiza浮萍）中，边缘区域的种群是否能够适应变暖。值得注意的是，只有在种群与种间竞争者共同进化的情况下，它们才能适应变暖。此外，竞争者使得种群在边缘区域具备了更高的耐热性和更广的热适应范围，但在较凉爽的核心区域则没有这种效果。我们的结果表明，当存在对竞争和变暖的共同进化反应时，竞争会加速热适应过程。总体而言，我们强调了在预测未来分布范围变化时考虑群落背景的紧迫性，表明对抗性相互作用并不一定会阻碍对气候变化的适应。