[论文解读] What causes the increase in aggregation as a parasite moves up a food chain?

R. J. G. Lester, R. McVinish|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2016

Parasite Biology and Host Interactions参考文献 35被引用 14

一句话总结

本研究通过超过100项研究的实证数据及随机模型，表明鱼类捕食者因持续暴露于感染的猎物，其寄生虫聚集程度增加。模型揭示，捕食者层面的聚集完全源于猎物中寄生虫的累积，而随年龄变化的摄食行为进一步加剧了过度分散。

ABSTRACT

General laws in ecological parasitology are scarce. Here we evaluate data published by over 100 authors to determine whether the number of hosts in a life cycle is associated with the degree of aggregation of fish parasites at different stages. Parasite species were grouped taxonomically to produce 20 or more data points per group as far as possible. Most parasites that remained at one trophic level were less aggregated than those that had passed up a food chain. We use a stochastic model to show that high parasite overdispersion in predators can be solely the result of the accumulation of parasites in their prey. The model is further developed to show that a change in the predators feeding behaviour with age may further increase parasite aggregation.

研究动机与目标

• 调查寄生虫聚集程度是否随鱼类宿主的营养级升高而增加。
• 确定寄生虫沿食物链向上迁移是否导致过度分散程度增加。
• 开发一个随机模型，解释捕食者中聚集程度上升的机制基础。
• 评估捕食者随年龄变化的摄食行为如何影响寄生虫聚集水平。

提出的方法

• 收集并分析了关于水生生境鱼类寄生虫的300多项已发表研究中的方差与平均强度数据。
• 应用泰勒幂律，在标准化平均寄生虫数量为每只宿主10只时估算分散指数。
• 构建一个寄生虫获取的随机模型，假设捕食者摄食感染猎物，且种群结构恒定、无免疫力。
• 引入随时间变化的感染率和摄食行为变化，以模拟随年龄变化的寄生虫累积。
• 通过数学分析推导寄生虫负担的均值与方差关系，表明分散度随时间不减小。
• 证明当感染率随时间增加时，方差与均值之比（分散度）会增加，尤其在摄食行为非恒定时更为显著。

实验结果

研究问题

• RQ1 营养级与鱼类中寄生虫聚集程度之间是否存在普遍关联？
• RQ2 观察到的捕食者中寄生虫聚集程度的增加是否可完全由来自感染猎物的寄生虫累积来解释？
• RQ3 捕食者摄食行为随年龄的变化如何影响寄生虫聚集水平？
• RQ4 在捕食者中，寄生虫负担随时间呈现持续过度分散的数学条件是什么？
• RQ5 在何种条件下，由于累积暴露和行为变化，分散指数会超过1？

主要发现

• 沿食物链向上迁移的寄生虫物种，其聚集程度显著高于停留在单一营养级的物种。
• 随机模型表明，捕食者中高度的寄生虫过度分散可完全由来自感染猎物的寄生虫累积来解释。
• 当捕食者摄食行为随年龄变化（如摄食量或暴露量增加）时，模型预测寄生虫聚集程度将进一步上升。
• 在捕食者中，方差与均值之比（分散指数）随时间增加，且增加速率取决于随时间变化的感染率。
• 该模型证明，分散指数在时间上不减小，且在感染率上升时严格增加，从而证实了观察到的聚集现象背后的机制。
• 仅当感染率恒定时，分散比才相等；否则，感染率上升将导致更大的过度分散，与实证观察一致。