營救效應

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營救效應(英語:rescue effect)是由詹姆斯·布朗英語James Brown (ecologist)和阿斯垂德·柯德里克-布朗(Astrid Kodric-Brown)提出的現象[1],常用於集合種群動態和生態學中。這種族群興衰過程英語Population process解釋了個體如何幫助集合種群趨於穩定,延長小型孤立種群的持續時間,進而減少其絕滅的概率。[2][3]換句話說,營救效應是同種個體重新定殖已發生或即將發生絕滅的斑塊,促進種群網絡長期維持。[3]

內在機制

由於棲息地破壞破碎化的日益嚴重,在物種生存受威脅的地區,營救效應變得異常重要。[3][4]如果一個物種分布範圍因棲息地破壞而減少,其遷移率就會下降,從而導致同一物種相關聯的另一種群,即使斑塊未改變,種群數量也會下降。這說明斑塊間遷移行為的減少或消失,以及由此造成的營救效應的缺失,是與物種豐度及斑塊占有率直接相關的。[4]

不同的景觀或斑塊因缺乏野生動物廊道而未連接時,可以觀察到其對物種豐度和分布的類似影響。[4][5]而當每個斑塊的遷移率隨着被定居的斑塊比例的增加而增加時,就可以觀察到相反的情況。這使局部豐度與被定居斑塊數量呈正相關關係。[2][4]

因此,在管理瀕危物種時,集合種群動態和景觀連接度對於種群在碎片化景觀中持續存在具有重要意義,是應予考慮的因素。[3][4][6][7][8]

與其他理論和現象的關係

營救效應普遍對島嶼種群有影響,即使與大陸聯繫不明顯時亦然。然而,適用於任何島嶼的定律指出:當遷入率相對於絕滅率足夠高時,距離物種擴散來源地更近的島嶼將具有更高的遷入率,因此和更孤立的島嶼相比,絕滅率和周轉率更低。[1][5]

另一方面,如果遷入和定殖率相對於絕滅率較低,這意味着與新到達的個體相比,種群中有更多個體死亡,營救效應效果就小。還可以得出結論,島嶼隔離程度與島上種群的周轉率成反比。[1]

因此可以得出結論,同種個體重新定殖是使一些物種能夠在島嶼上持續存在的重要的機制。島嶼類群循環早期階段的代表物種尤其如此,其特徵是緩斜率的物種面積曲線[9][10]

另外,對島嶼的有效營救效應的概率也和島嶼本身的大小相關。這稱為「目標區域效應」(target‐area effect),它指出:島嶼面積越大,被定殖的可能性就越大,無論是主動遷入還是被動遷入。[1]

營救效應與擴散運動

另一個與營救效應和島嶼生物地理學相關的共同基礎是物種的擴散能力。對於那些具有良好擴散能力、具有高遷移率的物種,營救效應會增強。[11][1]

營救效應與適應度

低的多樣性會直接導致種群適應度降低,這取決於有害隱性等位基因的表達。在大量種群中,自然選擇使這些等位基因保持在低頻率。由於它們通常出現在雜合子中,因此它們被正常等位基因所掩蓋。但是在小種群中,由於近親繁殖,這些有害的等位基因可以漂移到高頻率並以純合子表達。

純合(近交)個體通常生存率和繁殖力都較低,適應度也降低。遷移的自然過程能夠從其他種群導入新的等位基因,增加雜合子數量,抵消有害等位基因的頻率上升,從而起到營救作用。這意味着,遷入個體為種群帶來新的等位基因,除了簡單地增加數量之外,也對其適應度(健康)有積極的貢獻。

目標種群的個體少、孤立且存在近交衰退時,營救效應最有可能發生。[12]

營救效應與環境波動

通過擴散降低絕滅風險的營救效應是否有效,還取決於不同種群所面臨的環境波動的相關性。如果相關性很高,所有種群同時衰落,就會降低空斑塊的重新定殖率。[12]這意味着,如果一個環境現象導致很大範圍內許多種群的分布或豐度同時減少,那麼營救效應發生的概率就非常低。

正面影響

前述的一些概念可能對種群管理非常有價值和適用。除了通過重新引入和遷移進行的人工干預擴散之外,也可以通過恢復和保護現有種群之間的棲息地來確保個體能正常擴散(進而促進營救效應),這有時稱為景觀基質(景觀生態學常用術語)。[12]

負面影響

當連接度有利於疾病、寄生蟲或捕食者的傳播時,增加的連接度也可能具有反作用。此外,基因流動有時會降低局部的適應度。[13]隨着新遷入個體的到來,其新的遺傳變異性可能延遲或阻止島內種群的遺傳分化,令其無法適應島嶼棲息地。

現有研究已發現證據支持一種觀點:進化出遺傳上差異較大的島嶼種群象徵着進入類群循環,導致島上的地方種種群絕滅。[9][10]

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Brown JH, Kodric-Brown A. 1977 Turnover rates in insular biogeography: effect of immigration on extinction. Ecology 58, 445– 449. (doi:10.2307/ 1935620)
  2. ^ 2.0 2.1 Richards, C. M. (2000). Inbreeding depression and genetic rescue in a plant metapopulation. American Naturalist, 155, 383– 394.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Eriksson A, Elías-Wolff F, Mehlig B, Manica A. 2014 The emergence of the rescue effect from explicit within- and between-patch dynamics in a metapopulation. Proc. R. Soc. B 281: 20133127. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2013.3127
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Gonzalez, A. Metapopulation Dynamics, Abundance, and Distribution in a Microecosystem. Science. 1998, 281 (5385): 2045–2047. doi:10.1126/science.281.5385.2045. 
  5. ^ 5.0 5.1 Wu J. and Vankat J.L. 1995. Island biogeography: Theory and applications. In: Nierenberg W.A. (ed.), Encyclopedia of Environmental Biology. Academic Press, San Diego, California, USA, pp. 371–379.
  6. ^ Pavlacky DC, Possingham HP, Lowe AJ, Prentis PJ, Green DJ, Goldizen AW. 2012 Anthropogenic landscape change promotes asymmetric dispersal and limits regional patch occupancy in a spatially structured bird population. J. Anim. Ecol. 81,
  7. ^ Dornier A, Cheptou P-O. 2012 Determinants of extinction in fragmented plant populations: Crepis sancta (asteraceae) in urban environments. Oecologia 169, 703– 712. (doi:10.1007/s00442-011- 2229-0)
  8. ^ Lawson CR, Bennie JJ, Thomas CD, Hodgson JA, Wilson RJ. 2012 Local and landscape management of an expanding range margin under climate change. J. Appl. Ecol. 49, 552– 561.
  9. ^ 9.0 9.1 Ricklefs RE, Cox GW. 1972. Taxon cycles in the West Indian avifauna. The American Naturalist 106: 195–219.
  10. ^ 10.0 10.1 Scott Wilson, Ann E. McKellar, Matthew W. Reudink, Peter P. Marra and Laurene M. Ratcliffe, Density-dependent immigration promotes population stability in a long-distance migratory bird, Population Ecology, 10.1007/s10144-017-0582-5, 59, 2, (169-178), (2017).
  11. ^ Diamond, M. (1975). THE ISLAND DILEMMA: LESSONS OF MODERN BIOGEOGRAPHIC STUDIES FOR THE DESIGN OF NATURAL RESERVES頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Macdonald, D. W., & Willis, K. J. (2013). Key Topics in Conservation Biology 2. Hoboken, NJ, Estados Unidos: Wiley.
  13. ^ Harding, C.; Mcnamara, M. A Unifying Framework for Metapopulation Dynamics. The American Naturalist. 2002, 160 (2). doi:10.1086/341014.