两种昆虫授粉者在人类改变的景观中保持着遗传连接性

IF 3.2 2区农林科学 Q1 ENTOMOLOGY Insect Conservation and Diversity Pub Date : 2024-02-26 DOI:10.1111/icad.12725

Anna Schleimer, Julian Wittische, Amanda Luttringer, Christina Rupprecht, Bálint Andrási, Hinatea Ariey, António Cruz, Gil Gallego, Stéphanie Lippert, Chanistya Ayu Purnomo, Fernanda Herrera-Mesías, Michael Eickermann, Imen Kharrat-Jarboui, Lorenzo Castelen, Lisette Cantú-Salazar, Dylan Thissen, Harald Meimberg, Alexander M. Weigand, Alain C. Frantz

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摘要

引言栖息地的丧失主要是由人为的土地利用变化造成的，它是生物多样性衰退的主要催化剂（McKinney，2006 年；Tilman & Kareiva，1997 年；Valente 等人，2023 年）。将自然景观转变为密集型农田或城市化地区会破坏生态系统，使物种迁移，并从根本上改变群落的组成和功能（Kruess & Tscharntke, 1994; Prendergast 等人，2022 年）。破坏先前连续的栖息地的过程会阻碍个体的扩散，从而使种群支离破碎并增加其在当地灭绝的脆弱性（Frankham，2005；Hanski & Gilpin，1997）。然而，人类改变地貌对个体扩散模式的影响是微妙的，会因环境和物种的具体特征而有所不同（Miles 等人，2019 年）。反应取决于生物的生物学等因素，包括繁殖、摄食需求和扩散能力（Fenoglio 等人，2021 年；Prendergast 等人，2022 年）。虽然有些物种在城市化和农业景观中保持着较高的遗传连接性，如水晶蝶Atrytonopsis quinteri（Leidner & Haddad, 2010）、红尾熊蜂Bombus lapidaries（Theodorou et al、2018）和东方木匠蜂 Xylocopa virginica（Ballare & Jha, 2021），人类改变的地貌阻碍了其他昆虫的基因流动，如黄脸大黄蜂 Bombus vosnesenskii（Jha, 2015; Jha & Kremen, 2013）。然而，授粉昆虫研究主要集中在数量有限的类群上，尽管独居蜂和双翅目昆虫在提供重要生态系统服务方面发挥着突出作用，但它们的代表性却不足（Corbet 等人，1991 年；Doyle 等人，2020 年；Rader 等人，2016 年）。在研究土地利用变化对种群连通性的长期影响时，种群遗传数据起着关键作用（Miles 等人，2019 年；Storfer 等人，2010 年）。在昆虫种群中应用种群遗传学来检验异质性景观的影响会带来一些挑战。首先，昆虫可能具有巨大的有效种群规模（Ne$$ {N}_e $$ > 100,000），再加上高扩散潜力，这可能会影响我们检测现有种群结构的能力（Chapuis 等，2011 年）。种群间遗传变异通过遗传漂变累积的速度取决于 Ne$$ {N}_e $$ 和每代交换的有效迁移者数量（Nem$$ {N}_em $$）（Wright，1951）。因此，大型种群的分化速度较慢，可能只需要极少部分的扩散者（m$$m$$）就能使等位基因频率均匀化。因此，不应将基因泛混等同于人口统计的统一性（Bailleul 等人，2018 年；Lowe & Allendorf, 2010 年）。另一个令人担忧的问题是，由于农业和城市化的加剧一般发生在过去 50 年内，因此还没有足够的时间来检测人类造成的破碎化对遗传连接性的影响（Keyghobadi，2007 年）。为了研究人类改变地貌对卢森堡昆虫授粉者遗传连通性的影响，本研究选择了两个研究物种：地巢独居灰岩矿蜂Andrena cineraria（膜翅目，Andrenidae）及其雏寄生虫大蜂蝇Bombylius major（双翅目，Bombyliidae）。与其他物种相比，蜂蝇（A. cineraria）和大蜂蝇（B. major）在野外很容易辨认，而且在不同地貌中出现的数量也足够多，因此样本容量很大。卢森堡是欧盟最破碎化的国家，93%的国土被归类为高度破碎化（欧洲经济区，2022年），城市扩张程度很高（欧洲经济区，2016年），尤其是在我们位于卢森堡西南部的研究区域。在该地区，城市区域和道路网络的大幅扩张主要发生在过去50年（Jaeger，2004年）。我们采用了种群遗传学方法来研究这两个研究物种在这一异质景观中的种群遗传结构，尤其侧重于城乡对比。我们假设，人类改变的地貌阻碍了基因流动，导致种群支离破碎。据预测，基因流动的减少会促进遗传分化，并通过遗传漂变降低遗传多样性（Slatkin，1987 年）。由于单倍体膜翅目昆虫的有效种群数量减少，预计单倍体膜翅目昆虫的任何反应都会比二倍体双翅目昆虫更明显（Packer & Owen, 2001）。尽管之前的研究报告称，几种昆虫授粉昆虫在大陆尺度上几乎没有遗传结构（Beveridge & Simmons, 2006; Francuski & Milankov, 2015; Lozier et al.传粉昆虫可能能够在农村、农业和城市栖息地之间保持较高的遗传多样性（Jaffé等人，2019年；Luna-Lucena等人，2017年；Soro等人，2017年），但许多物种仍未得到充分研究。本研究的具体目标是：（1）研究整个研究区域的种群遗传结构；（2）检验农村和城市样本之间的遗传多样性差异。此外，(3) 还进行了功率分析，以确保所使用的标记物具有足够的统计功率来支持从结果中得出的推论（Taylor & Gerrodette, 1993）。最后，(4) 模拟测试了 Ne$$ {N}_e $$ 和 Nem$$ {N}_em $$ 对时滞持续时间的影响（Bailleul et al.

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

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Insect Conservation and Diversity 生物-昆虫学

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期刊介绍： To publish papers of the highest scientific quality within the general area of insect (and other arthropods) conservation and diversity covering topics ranging from ecological theory to practical management. Papers are invited on the following topics: Conservation genetics; Extinction debt; Long-term conservation planning and implementation; Global implications of local or national conservation actions; Management responses of species and communities; Captive breeding programs; Comparisons of restored and natural habitats; Biogeography; Global biodiversity; Metapopulation dynamics; Climate change: impacts on distributions and range; Invasive species: impacts and control; Effects of pollution; Genetic threats to diversity by introgression; Effects of fragmentation on diversity and distribution; Impact of agricultural and forestry practices on biodiversity; Enhancing urban environments for diversity and protection; Biodiversity action plans: can we scale up from insects?; Effectiveness and choice of indicator species; Soil biodiversity and interactions with above-ground biodiversity; Ecological interactions at local levels; Ecological and evolutionary factors influencing diversity and local, regional and global scales; Sustainable livelihoods and training on the ground; Integrating science and policy.