原创 集智编辑部 2025-01-08 19:07 北京
为厘清多样性与稳定性间的复杂关系提供了全新的视角
关键词：生态系统稳定性，多样性差异，营养级结构
论文题目：Ecosystem stability relies on diversity difference between trophic levels
论文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2416740121
期刊名称：PNAS
生态系统稳定性是生态学研究的核心，连接自然多样性与人类福祉。近日一篇发表于PNAS的文章揭示了一种生态系统稳定性的新机制，这种新机制强调营养级间多样性差异的重要性。相较传统理论认为整体生物多样性是决定因素，该研究提出稳定性主要取决于营养级间的多样性差异，为厘清多样性与稳定性间的复杂关系提供全新视角。
传统生态学理论认为，高强度物种交互或物种数量增加通常会削弱社区稳定性。然而，近年来实证研究展现出不同结果：某些情况下多样性会促进稳定性，另一些则相反。文章通过构建最小化双层生态系统模型（捕食者-猎物模型或消费者-资源模型），发现社区稳定性表现出“回归稳定”现象：营养级多样性增加先引发不稳定，随多样性差异扩大，稳定性恢复。
作者利用解析稳定性准则证明，稳定性取决于营养级间多样性差异，受两级间影响与被影响相关性驱动。特别是当营养级多样性接近时，系统最易不稳定。数值模拟显示，这一规律在三层或更多营养级的复杂生态系统中仍适用，表明多样性差异可能是广泛存在的生态稳定性规律。
该研究重要性不仅在理论层面，还为生态系统管理提供实践指引。过去生物多样性保护策略常以最大化物种总数为目标，而研究表明更有效的策略可能是优化营养级间的多样性比例。例如，水产养殖中，合理调节鱼类与饲料生物多样性差异或能增强系统稳定性。此外，传统上关注总多样性的方法可能低估了生态系统结构在稳定性中的作用，未来研究应探索跨营养级多样性比例如何动态影响生态系统稳定性。
图1. 具有 N 个捕食者物种和 M 个被捕食者物种的最小模型。
图2. 不同动态行为的时间序列示例。
图3. 捕食者-猎物模型中不稳定群落比例随多样性的影响。
图4. 针对选定的猎物多样性 (M = 16, 32, 48) 更详细地绘制了不稳定群落所占比例。
龚铭康 | 编译
生命复杂性读书会：
生命复杂系统的构成原理
详情请见：
生命复杂性读书会：从微观到宏观，多尺度视角探索生命复杂系统的构成原理
推荐阅读
1. Physics Reports 综述：生态系统的稳定性
4. 张江：第三代人工智能技术基础——从可微分编程到因果推理 | 集智学园全新课程
5. 龙年大运起，学习正当时！解锁集智全站内容，开启新年学习计划
6. 加入集智，一起复杂！
点击“阅读原文”，报名读书会
