近日，中科院深海所海洋哺乳動物研究團隊（以下簡稱“深海所研究團隊”）在學術期刊Ecological Indicators在線發表了題為“Modeling intraspecific variation in habitat utilization of the Indo-Pacific humpback dolphin using self-organizing map”的論文。該項研究應用自組織神經網絡圖譜（Self-organizing map，簡稱“SOM”）對海南、三娘灣和湛江三個相鄰中華白海豚種群的棲息地利用情況進行分析，發現不同種群間在分布模式和棲息地利用方面存在明顯差異，據此提出“中華白海豚可能存在兩種生態型”的假說。
生態型是分類學上種以下的分類單位，指同種生物的不同種群在長期適應特定環境中發生趨異分化，并經自然選擇形成的生態、形態和生理特性不同的基因型類群。對生態型的研究有利于了解種內分化及定型的過程和原因，是研究新物種形成過程的重要內容。生態型概念被廣泛應用于鯨類地理種群區分中。例如瓶鼻海豚可分為近海（coastal ecotype）和遠海（offshore ecotype）兩種生態型，近海型棲息在淺水的近海水域，而遠海型棲息海域深度可達幾百米、離岸距離超過200公里。虎鯨生態型的劃分更為復雜，根據食物和分布模式的不同，北太平洋虎鯨可分為定居型（resident ecotype）、暫居型（transient ecotype）和遠海型（offshore ecotype）三大生態型；根據體型大小、外部形態和分布區的不同，南半球虎鯨可分為type A、type B、type C和type D四個生態型，其中type B 又可進一步劃分為big type B和small type B兩個生態型。
中華白海豚是生活在西太平洋和東印度洋沿岸淺水區的一種小型鯨類動物，一般棲息于離岸距離不超過20 km、水深小于20 m的淺水區，早在上世紀80年代被列入首批國家一級重點保護野生動物目錄。在我國，中華白海豚主要棲息于福建寧德和廈門、臺灣西部、廣東珠江口、湛江和汕頭、廣西三娘灣和海南西南等水域，照相識別對比表明這些種群間彼此隔離，不存在個體交流。根據色斑模式的不同，目前已經將臺灣種群列為亞種并單獨評估其瀕危等級為“極危”，對其它地理種群間的分化程度還所知不多。了解中華白海豚種群間分化程度，對評估其瀕危等級、了解人類活動影響和制定針對性保護措施等具有重要的意義。
圖1.采用最小凸多邊形法、核密度估計法、網格計數法和熱點分析法分別繪制的中華白海豚在海南西南海域、三娘灣和湛江海域的分布圖
近年來，隨著機器學習和人工智能技術的蓬勃發展，人工神經網絡模型在動物生態學和保護生物學領域得到廣泛的應用。SOM作為當前最受歡迎的人工神經網絡模型之一，可通過競爭學習調整自身的權重以達到訓練的目的，最終將高維復雜難懂數據集映射到簡單易懂的低維圖譜中，并保留原始數據集拓撲結構。通過采用相同的野外調查方法和環境因子采集手段，深海所研究團隊首次將SOM引入鯨類生態學研究中，分析了湛江、三娘灣和海南中華白海豚種群分布和棲息地利用變異情況。結果發現，三娘灣種群分布面積最小且僅有一個核心分布區；海南種群分布面積最大且非常分散，至少擁有4個獨立熱點分布區；湛江種群介于兩者之間，有兩個熱點分布區，一個集中分布于湛江港入口，另一個分散于雷州灣（圖1）。SOM模型進一步發現三者在棲息地利用方面存在很大差異，三娘灣和海南種群內部分化程度低但種群間差異大，前者棲息于淺水、低鹽和低電導率海域，后者棲息地以相對深水、高鹽和高電導率為主要特征；湛江種群存在明顯內部分化現象，發現位點聚集成截然不同的兩個類群，一個類群分布于渾濁的近岸海域，另一個類群與海南群體疊加，擁有深水和高鹽度的環境特征。
這些研究結果表明三地中華白海豚在分布模式和棲息地利用方面已經出現明顯分化，結合該研究團隊之前發現的這三個中華白海豚地理種群在集群規模、發聲行為、形態體色和遺傳方面存在差異的研究結果，我們在國際上首次提出中華白海豚可分為河口和非河口兩種生態型假說：1）河口型（三娘灣種群）集中分布于大江大河入海口，以河口豐富的魚類資源為食，分布區小而集中，通常集群規模較小，棲息地以低鹽和較高濁度為主要特征；2）非河口型（海南種群）棲息海域不位于大江大河入海口，分布區廣而分散，通常集群規模較大（提高捕食成功率以適應相對較低的食物資源水平），棲息地因缺乏淡水注入而鹽度較高。在保護區設置上，河口型群體適合設立一整塊大面積保護區，而非河口型似乎更適合整合多塊具有連接廊道的小保護區。當然這一假說的提出僅基于目前掌握的數據，其準確性和普適性還有待進一步驗證。
論文的第一作者為林明利副研究員和劉明明助理研究員。該研究得到國家自然科學基金、香港海洋公園保育基金和生態環境部生物多樣性保護重大工程等課題的支持。
圖2.上圖為三個研究地點290個中華白海豚發現位點在自組織圖譜的聚類情況。下圖為六個環境參數（離岸距離、水深、電導率、pH值、濁度、鹽度）在自組織圖譜的分布情況，與上圖對照可看出不同類群的環境因子特征。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X22009396
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