我院许岩副教授团队，在生物地理学与生物多样性领域旗舰期刊《Diversity and Distributions》发表题为“Global Variability of Degree Distribution in Marine Food Webs”的研究论文，在海洋食物网研究领域取得重要进展。
海洋生态系统中物种间相互作用和营养依赖关系错综复杂，预测生物多样性丧失对海洋食物网的间接影响颇具挑战性。而海洋食物网的拓扑特征可以揭示复杂系统的深层次状态, 对于理解全球变化的深远影响具有重要意义。在复杂网络中，度分布的变化能够帮助我们洞察系统的总体结构。例如，它可能表现出网络的无标度特性，表明其对非随机干扰的脆弱性更强。然而，研究海洋食物网度分布的时空变异性仍缺乏相关的研究基础。
本研究通过收集全球共105个海洋食物网数据，系统探讨了海洋食物网在不同区域及生态系统类型下的度分布特征，旨在评估其是否具有典型的无标度特征网络(scale-free)，以及由此推断的网络脆弱性与稳定性。研究首先利用Kolmogorov–Smirnov检验评估各食物网的度分布、入度和出度分布与幂律分布的拟合程度，并结合核密度估计法描绘度分布在不同地理纬度、气候带及生态系统类型中的差异。结果显示，大多数海洋食物网并未严格符合尺度不变分布，仅有约5%的食物网可进入最高层级(Strongest fit)的幂律分布范畴；这意味着在绝大多数区域，网络的关键节点并不显著集中在少数物种上。值得注意的是，高纬度地区(如极地海域)和上升流(upwelling)区域的食物网更倾向于呈现无标度网络特征，存在明显的枢纽节点(hub-nodes)。相对而言，热带和人类活动显著区域（如港口、养殖海域）的食物网似乎度分布较为均衡，不易形成典型的幂律模式。此外，针对入度分布的分析还揭示了某些海域存在广食性或杂食性高的“通才”物种，它们可对环境变化产生快速适应。
图1. (a)幂律分布拟合优度 (pk) 的全球空间模式及KS检验相关参数直方图; (b) KS.p; (c) Xmin; (d) Xmin/Kmax; (e) pk 值.
图2. KS检验参数在全球不同纬度带的地理空间特征(a) pk; (b) pkin; (c) pkout; (d) α; (e) αin; (f) αout
这项工作创新性在于：(a)在全球视角下的海洋食物网分析中引入无标度特征评估；(b)区分入度与出度分布的精细研究；(c)揭示全球海洋食物网无标度特征的生物地理格局。本研究强调了利用度分布来衡量海洋食物网健康与脆弱性的潜力，也指出多数海洋食物网未形成典型的无标度结构。有助于进一步完善对海洋食物网动态及关键物种管理的认识与应用。
图3. 两个海洋食物网度分布的累积概率分布曲线和核密度图 (a, c) 爱德华王子岛海域; (b, d) 洪堡海流区
此项研究由中国地质大学（武汉）海洋学院许岩副教授担任第一作者及通讯作者，并与意大利帕尔玛大学、罗马尼亚国家生物研究所、广东工业大学、巴基斯坦兽医和动物医科大学等多家单位共同合作完成，我院2023级研究生周明亮同学、2021级研究生霍栩朦同学为论文共同作者。本研究得到了国家自然科学基金(42277470)、国家环境保护近岸海域生态环境重点实验室基金(202310)、自然资源部渤海生态预警与保护与修复重点实验室开放基金(2022106)、武汉市知识创新专项-曙光计划项目(2022020801020210)以及匈牙利布达佩斯欧布达大学约翰·冯·诺依曼信息学院的支持与资助。
Diversity and Distributions是一本生态学与保护生物学领域高水平国际专业学术期刊，主要刊登生物多样性、保护生物地理学等方面的研究成果，目前为中科院一区TOP期刊 (五年IF=5.2)。
文章链接：https://doi.org/10.1111/ddi.13927
