一个多世纪以来，研究人员对热带雨林的多样性感到困惑;在覆盖两个足球场的区域中可以存在650种不同的树种，但是相似的物种从未相互生长。与邻居不同似乎很好，但为什么呢?
在热带雨林中生长是为了进行持续的战争。植物争夺资源，如阳光，水和矿物质。类似的树种以相同的方式竞争资源，因此它们可能会抑制彼此的增长。植物也与食草动物害虫作斗争。相关的树木具有相同的害虫和疾病 - 如果有的话，虫害可以传播。科学家们问道，“热带森林多样性的主要驱动因素 - 资源竞争或食草动物害虫的竞争是什么?”
犹他大学的生物学家第一次在一项研究中比较了这两种机制。
该小组分析了邻近树木如何影响巴拿马雨林中9种共存树种Inga的生长和存活。他们比较了资源获取，抗食草动物防御和生活在植物上的食草动物的树性状。他们发现相邻的树木在获取资源方面基本相同，但具有非常不同的防御和食草动物。实际上，防御性状和共有害虫影响了生长和生存，而资源获取特性对植物的成功没有影响。这些研究结果表明，任何影响有害生物种群的因素，如气候变化或栖息地破碎，都会对雨林的健康产生影响。
“在这些多样化的热带雨林中工作，可以清楚地了解相互作用物种的网络是多么复杂。没有物种或个体孤立生活。在食物链中的各个层面，物种都在相互竞争，寻找宝贵的资源和贡献犹他大学生物科学学院的博士候选人，该研究的主要作者戴尔·弗里斯特尔说，他们有足够的精力来保护自己免受他们所面临的敌人的攻击。“我们对这项研究感到很兴奋，因为它强调了这些拮抗相互作用可能影响热带多样性的一些重要方式。“
该研究于2019年3月14日发表在“科学”杂志上。
这是一个丛林
该团队在巴拿马巴罗科罗拉多岛占地50公顷的森林地块内进行了为期五年的分析。该网站拥有以前长期研究中超过423,000棵树的生长和存活数据。研究人员分析了来自焦点Inga物种的每棵树苗，并计算了他们的Inga邻居在一个10米长的“邻域”中的特征的相似性。他们测量了四种资源获取特性，五种反食草动物防御，并记录了哪些食草动物正在吃哪种植物。
Forrister开发了一个复杂的模型来确定邻近树木如何影响树苗的生长和存活。他们发现资源获取特征对生存没有影响，而防御性特征和食草动物产生了很大影响。
获取资源的方法很多。然而，防守特质几乎无穷无尽。植物和食草动物在不断的军备竞赛中互相智取。植物发育特性以阻止饥饿的下颌骨，食草动物适应处理叶子的防御。将因加属具有抗食草动物的特征，包括细毛，吸引好斗的蚂蚁保护花蜜杯的震撼，最值得注意的是，叶弥漫着有毒的化合物。每种Inga物种可以产生数百甚至数千种不同的毒素。
“人们可能会想到丛林就像是一个巨大的沙拉碗。它应该是害虫的天堂，因为它们被树叶包围。但植物有无数的防御组合 - 一片幼叶的重量只有一半是毒药，” Phyllis Coley，犹他大学生物学杰出教授，史密森尼热带研究所研究会员，该研究的共同作者。“由于防御的多样性，每种食草动物只能吃几种他们适应的植物。”
密切相关的植物具有相似的防御性状，因此具有相似的害虫。Coley继续说，如果一种植物在防御方面与邻居不同，它们的食草动物就不会构成威胁。“你会有自己的食草动物，但至少你不会让附近的所有小动物都吃掉你。”
混杂的化合物
植物毒素是热带植物最重要的武器，但测试每个物种的化学物质的相似性证明是有问题的。五年多来，研究人员在现场收集叶子样本，在临时干燥箱中干燥(在100%湿度下不容易)，然后将它们带到U进行分析。使用高效液相色谱，他们分离叶子内的所有不同的化合物。然而，只有4%的Inga化合物为科学所知。因此，团队发挥了创造力，并提出了一个新指标。他们使用质谱仪确定每种化合物的化学结构，并确定具有相似结构的化合物可能以类似的方式影响食草动物。
“代谢组学是一个相对较新的科学领域，它为科学家提供了一个强有力的新工具箱，用于检测那里存在的大量化学多样性。化学物质在自然界中发挥着重要作用，从防御到通讯，它们是物种相互作用的媒介。能够以有意义的方式量化这一点提供了一个真正独特的视角，“Forrister说。
但食草动物是否“关心”团队正在测量的特征，并且具有相似特征的Inga物种是否共享食草动物?为了测试这一点，他们收集了吃Inga叶子的毛虫并测序他们的DNA以将其分类为物种A，物种B等。他们无法命名该物种，因为大多数毛虫是科学新手。他们编目了哪些食草动物正在吃哪种植物，将植物中的化合物组合相关联，并推断出哪些植物物种共享草食动物群落。
老式的实地研究和现代技术对于这个项目的成功是不可或缺的。
“尽管有最先进的实验室设施，但在雨林中花费数月和数月是无法替代的，”科利说。“我们花了几年时间收集数据，叶子和食草动物的样本。它是炎热，潮湿和马车，但试图了解物种的多样性是生物学家的梦想。”
该研究揭示了食草动物在推动热带生态系统多样性方面的重要作用，具有明显的影响 - 这些种群的丧失可能对这些重要栖息地造成灾难性后果。
“如果气候变化继续增加美洲旱季的长度，那么食草动物种群的动态也会发生变化，”科利说。“这可能会产生影响。”
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