生物多樣性的喪失，會對生態系統結構和功能產生一系列影響。這一直是生態學中重要的科學問題。植物多樣性下降能夠導致一些諸如初級生產力、營養循環等重要的生態功能發生變化。大部分生態系統功能的變化都是由不同營養級生物類群改變而引起。其中，植物多樣性的喪失能夠顯著導致生態系統中消費者多度和豐富度下降。以往的研究大多關注植物多樣性喪失對高營養級產生的一系列生態學效應以及其互作。但是，學界關於植物多樣性喪失導致與之相關的營養級之間關係的內在機制研究有限。此外，對到底何種植物多樣性指標能夠更直接影響這些關係的機制仍然缺乏足夠的認識。
中國科學院動物研究所朱朝東研究組，聯合德國哥廷根大學Andreas Schuldt團隊、中國科學院植物研究所馬克平團隊，圍繞上述科學問題，在目前世界上最大樹種多樣性實驗樣地——中德「BEF-China」亞熱帶森林植物多樣性實驗基地開展了長期定位昆蟲多樣性監測和多學科交叉合作研究。他們整合了多重植物生物多樣性（物種多樣性、功能多樣性、系統發育多樣性）和植食性昆蟲生物多樣性（物種多樣性，有效物種數即Hill numbers，系統發育多樣性），選擇昆蟲分類學中的長期難點之一鱗翅目幼蟲作為主要研究對象，分析了驅動生物多樣性關係相互影響的內在機制和不同營養級生物多樣性喪失所產生的後果。研究組成員按照植物樹種多樣性梯度，總共採集了8471條鱗翅目幼蟲，基於DNA條形碼（COI）實現了幼蟲物種界定，計算了系統發育多樣性指標，包括Faith’s 系統發育多樣性（PD）、平均成對系統發育距離（MPD）和平均最近種間系統發育距離（MNTD）。這些是迄今為止大規模的植物-植食者相互作用分析中很少納入的指標。
研究發現，植物物種多樣性的喪失不僅能夠顯著地影響鱗翅目幼蟲的多度、豐富度及有效物種數（Hill numbers），更重要的是能夠顯著影響植食性昆蟲群落整體系統發育多樣性（PD和MPD）。而植物的MNTD對鱗翅目幼蟲的MNTD存在負向相關，表明了植物的系統發育多樣性在鱗翅目幼蟲的親緣關係相近的類群分化中扮演了重要的角色。另一方面，結構方程模型的結果顯示了樹種的物種多樣性、功能多樣性和系統發育多樣性能夠協同影響鱗翅目幼蟲的物種豐富度和系統發育多樣性。重要的是，植物多樣性能夠間接地通過鱗翅目幼蟲的多度影響其多樣性。研究結果進一步闡明了近年來全球昆蟲數量的下降，能夠決定植物和植食者群落之間系統進化上的依賴關係，同時能夠對生態系統結構和功能產生影響。總的來說，研究表明：系統發育關係在一定程度上決定了寄主植物群落的改變對植食者群落產生的影響。因此，在生產者和消費者兩個營養級中納入更廣泛的多樣性指標，可以幫助人們更全面地理解不同營養級的生物多樣性變化而產生一系列生態學效應。
這一研究結果以Multiple components of plant diversity loss determine herbivore phylogenetic diversity in a subtropical forest experiment 為題於8月14日被Journal of Ecology 雜誌接收。因其以較大數據集闡明了在以生物多樣性喪失為背景，多重的植物、植食者的生物多樣性之間的互作與其驅動機制，該論文在評審過程中均獲得了編輯和兩位審稿人的高度評價。朱朝東研究組博士研究生王明強作為第一作者，主要實施並完成了該研究工作。該研究得到「BEF-China」亞熱帶森林植物多樣性實驗基地相關人員的大力支持和幫助，並得到中科院先導專項、國家傑出青年基金和中國科學院大學博士生項目的資助。此外，前期團隊得到中科院國際合作局中德合作重點項目、中科院「國際人才計劃（PIFI項目）」和國家自然科學基金等的持續資助。
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圖1 樹種多樣性與（a）鱗翅目幼蟲多度、（b）鱗翅目幼蟲物種豐富度和（c）鱗翅目幼蟲有效物種數的關係
圖2 樹種多樣性與（a）鱗翅目幼蟲PD和（b）鱗翅目幼蟲MPD的關係；（c）樹的MNTD與鱗翅目幼蟲MNTD的關係
圖3 樹種多樣性指標與不同的鱗翅目幼蟲多樣性指標的路徑模型：（a）鱗翅目幼蟲的物種多樣性；（b）鱗翅目幼蟲PD；（c）鱗翅目幼蟲MPD；（d）鱗翅目幼蟲MNTD
[ 責編：戰釗 ]