森林鸟类多物种集群合作的正相互作用与演化维持研究

Explaining the evolution of cooperation remains one of the central topics in both biology and social science. As a characteristic feature of social organization of forest avifauna, mixed-species bird flocks represent an adaptive advantage of community assembly process, which result from an interaction between ecological and evolutionary effects. However, the mutualism pattern of phenotypic similar species can not be explained by the limiting similarity hypothesis and niche differentiation, especially for mixed flocks. The present study will incorporate positive interactions into main stream competition theories, and testify community assembly rules and equilibrium stable strategies based on interspecific cooperation, ecological selection and evolutionary processes. Specifically, (I) interspecific facilitation and competition collectively attribute to the interacting species, and the equilibrium of cooperation system are affected by genetic similarity, mutualism index and environmental stress; (II) positive interactions can increase the diversity and coexistent lifetime of flocking community, while the association strengths to be strongly related to phenotypic similarity for congeneric species pairs, and determine population dynamics under stress conditions; (III) the evolution of interspecific social cooperation are jointly constrained by habitat filtering and competition exclusion at regional scales, while processes structuring local flocking assemblages were better explained by positive interaction and traits dispersion. The study will enhance understanding of the cooperation strategies and community assembly rules for animal social organization, and contribute to biodiversity conservation and ecological restoration under environmental stress in practice.

种间合作行为的演化维持机制是社会行为学和进化生物学研究的核心问题之一。鸟类混合群作为典型的社会合作组织，是开展群落构建与适应进化研究的理想模型系统，但基于竞争排斥的相似性限制假说无法解释混合群中众多近缘种的互利共栖现象。本项目拟在资源竞争理论上引入正相互作用研究，从种间合作策略、局域生态选择和区域谱系进化三个层次检验混合群构建成因及合作均衡假说：1）鸟类集群采取“竞争+合作”非对称混合策略，其均衡状态受“遗传相似性”、“互惠系数”与“资源胁迫”的影响；2）正相互作用提高多物种群落的丰富度与共存时间，种间关联强度与表型相似性显著相关，且在胁迫条件下具种群密度调节功能；3）历史进化过程中的种间共存，由生境过滤和竞争排斥对功能性状的共同约束所导致，正相互作用能驱动群落谱系结构从聚集转变为发散。研究结果可丰富动物社会组织的合作共存理论，对胁迫环境下生物多样性保护、生态修复提供科学指引。

本项目选择多物种合作的鸟类混合群为实验对象，对比了群内鸟种间(特别是核心种与跟随种)、集团间在胁迫环境下(繁殖期与非繁殖)的稳定均衡状态或进化稳定策略，从种间合作策略、局域生态选择和区域谱系进化三个层次研究了混合群构建成因假说。结果表明：1)鸟类集群共存的种间社会组织采取“竞争+合作”混合策略，随着食物资源短缺等胁迫压力的增加，集群合作系统中跟随种或投机个体演化出利用不同资源或者空间的能力；2)混合群通过核心种对跟随种产生正相互作用，提高多物种群落的丰富度与共存时间；正相互作用对竞争种的促进作用大于忍耐种，并扩展其现实生态位；3)环境胁迫下，集群鸟类种间互利强度随胁迫度增加呈现“竞争占据环境梯度两端，正相互作用先升高后降低”的非对称型互利；4)进化进程中的正相互作用可以驱动群落结构从谱系聚集转变为谱系发散。研究结果丰富了动物社会组织的合作共存理论，对胁迫环境下生物多样性保护、生态修复提供科学指引。.2017-2020年间项目组团队，始终按原定计划开展计划书工作内容，在野外工作、数据分析整理、成果报告撰写、平台建设方面取得了多项成果：1）共发表研究论文6篇，其中SCI论文4篇，中文核心论文2篇，代表性论文成果以第一作者发表在Ecology、Journal of Biogeography等生态学和生物地理学专业旗舰期刊；2）在南岭山地局域尺度建立了连续10年的鸟类海拔梯度监测体系，在全球区域尺度构建了170个研究样地的混合群鸟类数据库；3）项目负责人获得“第十三届郑作新鸟类科学青年奖”等四项奖励；4）“南岭森林生态系统野外科学观测研究站”已入选科技部2020年国家野外科学观测研究站择优建设名单。项目已全面地完成了预期的考核指标，并显著提升了我国鸟类合作行为研究的国内外影响力。