高遗传连通性与弱结构塑造澳大利亚白鹮在城市沿海景观中的集合种群动态

《Ecology and Evolution》：High Genetic Connectivity and Weak Structure Shape Australian White Ibis Metapopulation Dynamics Across an Urban Coastal Landscape

　　

城市化的进程重塑了许多野生动物的栖息地结构、资源可获得性以及移动路径，常常产生新的选择压力和治理挑战。澳大利亚白鹮（*Threskiornis molucca*）已从其历史分布范围迅速扩展至澳大利亚东部城市，引发与人类的某些冲突，然而支撑这一转变的遗传与种群动态过程仍知之甚少。研究人员利用来自昆士兰州东南部摩顿湾地区15个集群共184个样本的SNP基因组数据，研究了种群结构、遗传多样性、近交、扩散和景观阻力。各集群的遗传多样性为中等水平（He为0.134–0.166；Ho为0.084–0.145），两两F_ST值普遍较低（<0.14），与广泛的基因流相一致，尽管有两个集群表现出较高的近交水平（F_IS≤0.28），提示存在局域扩散限制。亲缘关系分析确认了集群内和跨集群的同胞及亲子关系，为近期杂交和移动提供了直接证据。研究人员发现性别比例均衡，且没有性别偏倚扩散的证据。景观阻力模型显示，遗传分化仅与栖息地变量弱相关，这与许多城市化适应研究中人为特征通常导致种群破碎化的结果形成鲜明对比。这表明城市发展可能通过构建资源丰富的觅食与繁殖集群网络反而促进了该物种的连通性。综上，这些结果表明该地区的白鹮形成了一个单一、相互连通的种群，具有高基因流和种群回复力，而非典型的集合种群。旨在减少人鹮冲突的管理因此需要协调的、景观尺度的策略，以解决资源可获得性和位点间移动问题，而非仅依赖针对单一集群的干预措施。

**高遗传连通性与弱结构塑造澳大利亚白鹮在城市沿海景观中的集合种群动态——论文解读**

**一、研究背景与科学问题**

城市化是全球范围内最普遍的景观变化形式之一，深刻改变着野生动物的栖息地可用性、移动路径、扩散机会以及最终的基因流。过去四十余年间，澳大利亚东部沿海经历了大规模城市化进程。对于许多本地物种而言，城市化可能带来负面影响，但也有些物种能够利用城市环境所提供的丰富食物、水源和庇护资源，将城市作为避难所。澳大利亚白鹮（*Threskiornis molucca*）正是这样一种具有高度行为可塑性的城市适应物种。该物种原本栖息于内陆湿地，近年来其种群大量进入布里斯班、悉尼等东部沿海城市，在垃圾填埋场、公园、人工湿地和机场等场所集群繁殖，由此引发了与人类的冲突，包括飞行器碰撞风险、疾病传播隐患及资源过度利用等问题。然而，支撑白鹮在城市环境中种群持续扩张的遗传与种群动态机制尚不明确。此前研究大多关注其行为生态学特征，对于城市景观如何影响该物种的遗传结构、基因流、扩散模式及集合种群动态，仍缺乏基于高分辨率基因组数据的系统性评估。本研究正是基于这一知识空白，利用全基因组SNP数据，系统探究城市化对白鹮种群遗传结构与动态的影响机制。

**二、研究设计与主要技术方法**

研究人员于2022年2月至2024年11月期间，在澳大利亚昆士兰州东南部摩顿湾地区的15个白鹮集群中采集了184只个体的样本。采样点覆盖了不同的城市化梯度与土地类型组合。DNA提取采用Qiagen DNeasy Blood & Tissue Kit，基因分型利用DArTseq平台（Diversity Arrays Technology），通过PstI和SphI限制性内切酶进行基因组复杂度降低，获得高密度SNP数据集。经质量控制后，最终分析数据集包含27,649个SNP位点，缺失数据率约5.3%。性别鉴定采用PCR扩增CHD1-Z/W基因方法，同时基于61个性别连锁SNP标记对未进行PCR性别鉴定的个体进行概率性性别推断。数据分析方法包括主成分分析、遗传分化指数（F_ST）估算、Mantel检验、亲缘关系推断、连锁不平衡有效种群大小估算、隔离-阻力模型分析以及全子集广义加性混合模型等。景观变量包括距最近湿地、城市土地、垃圾管理设施和邻近集群的距离，以及上述土地类型在5km、10km和15km缓冲区的面积。

**三、主要研究结果**

**3.1 种群结构与连通性（H1）**
主成分分析显示种群结构极弱，PC1仅解释1.28%的遗传方差，PC2解释1.14%，各集群个体在排序空间中高度重叠，未呈现明显分离。两两F_ST值介于0.004至0.14之间，整体分化水平极低。Mantel检验检测到地理距离与线性化遗传分化之间存在微弱且不显著的相关性（r=0.155，p=0.14），表明该区域白鹮不存在显著的隔离-距离模式。这些结果表明各集群之间存在广泛基因流，构成高度连通的区域性种群。

**3.2 遗传多样性、近交与种群动态指标（H2）**
15个集群的观测杂合度（Ho）范围为0.084至0.145，期望杂合度（He）范围为0.134至0.166，整体遗传多样性处于中等水平。多数集群的近交系数（F_IS）较低，但Bribie（0.278）和Fodora Place（0.256）两个集群的近交系数偏高。亲缘关系分析共识别出6对近亲个体，包括2对亲子关系（一对为集群内、一对为跨集群）和4对同胞关系（其中2对为跨集群），为近期扩散和集群间繁殖提供了直接证据。有效种群大小（Ne）估计范围为142至405，全域总Ne为215。性别比例总体均衡（1.11F:1M，χ2=9.14，p=0.822），按性别分层进行隔离-距离分析均未检测到显著信号，表明不存在性别偏倚扩散。雄性的观测杂合度在所有集群中始终略高于雌性，但这一趋势受样本量限制无法进行广泛推断。

**3.3 景观因素对连通性与多样性的影响（H3）**
隔离-阻力分析显示，基于城市邻近性和景观变异的阻力面均未能比单纯地理距离更好地解释遗传分化（r=0.196，p=0.13；r=0.141，p=0.18），表明城市基质对该物种的移动阻力极弱。在景观组成与遗传多样性的关联分析中，观测到5km缓冲区内的湿地面积与个体观测杂合度呈显著负相关（F=14.956，p=0.0001），且雄性的观测杂合度显著高于雌性（F=4.9，p=0.03）。而10km缓冲区内垃圾管理设施面积与观测杂合度之间的负相关趋势未达到统计显著性（F=2.004，p=0.105）。此外，15km缓冲区内城市土地覆盖面积与近交系数之间存在边缘显著的负相关趋势（F=3.622，p=0.083），即城市覆盖度越高，近交水平越低。

**四、结论与意义**

本研究表明，摩顿湾地区的澳大利亚白鹮集群并非典型的遗传独立集合种群单元，而是构成了一个高度连通、具有广泛基因流的区域性种群。城市景观对该物种而言并未构成遗传屏障，反而通过提供丰富且可预测的资源网络，可能促进了集群间的移动和基因交流。研究同时揭示了不同栖息地类型对遗传多样性影响的非对称性——湿地的存在与降低的杂合度相关，提示湿地区域的白鹮可能更多地进行局域繁殖、减少跨区交配。从管理角度而言，鉴于区域种群的高度连通性，局部管理措施可能产生跨区域的连锁效应，因此人鹮冲突管理应采用协调的景观尺度策略，尤需关注废弃物管理设施和湿地等关键资源分布对白鹮种群动态的调控作用。更为广泛地，该研究为理解城市适应物种如何在人为改变的环境中维持遗传连通性和种群稳定性提供了重要的基因组学证据，也为未来将内陆和低城市化程度区域的种群纳入比较研究、深入评估城市化对物种遗传结构的长期影响指明了方向。