化学信号如何塑造生态系统？新研究定义“化学多样性景观”

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出品 | 海潮天下

苍蝇寻找配偶、蜜蜂辨认花朵、植物感知周围环境，这些过程背后都离不开化学信号的参与。空气、水体和土壤中存在大量由生物释放的化学物质，它们携带着各种生态信息，并在不同生物之间持续传递。

过去几十年，化学生态学研究已经揭示了许多典型案例。例如，植物释放的花香能够吸引传粉昆虫；受到昆虫取食的植物会释放挥发性物质，引发周围植株产生防御反应；昆虫则利用信息素寻找配偶或标记活动区域。

不过，自然环境中的化学交流远比实验室观察到的单一信号复杂。

2026年5月18日，德国比勒费尔德大学牵头的国际研究团队在《自然·生态与进化》（Nature Ecology & Evolution）发表了一个最新综述研究，首次系统的提出了“化学多样性景观”（chemodiversity landscape）概念。研究人员认为，来自不同生物的化学物质会在环境中持续混合、扩散和变化，由此形成覆盖整个栖息地的化学背景。这种背景还不是各种化学成分的简单叠加；它可能在产生新的生态效应。

(图文无关)▲上图：植物释放多种花香分子，在空气中混合形成“化学气味图谱”，吸引昆虫造访。上图是牡丹花上的一只黑带食蚜蝇（Episyrphus balteatus）。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

1化学信号并非各自独立存在

传统研究大多关注单个化合物的作用机制，或是分析两种生物之间的化学交流。例如，某种花香为何能够吸引特定传粉者，某种植物代谢物如何抑制害虫活动。

随着检测技术的发展，研究人员开始发现，自然环境中同时存在数量庞大的化学物质。它们来源于植物、动物和微生物，在空气、水体和土壤中不断扩散。

以植物挥发性有机化合物为例。森林中的树木、草本植物和灌木都会释放各自特有的气味成分。各种化学物质在空气中相遇、混合，并受到温度、湿度、风速等环境因素影响。最终形成的化学环境，与任何单一物种释放的信号都不相同。

研究团队将这种在空间、时间上不断变化的整体化学环境称为“化学多样性景观”。

该研究论文第一作者之一、比勒费尔德大学研究人员托马斯·杜萨拉特（Thomas Dussarrat）指出，当大量化学成分相互作用时，会产生无法从单个化学物质性质中直接预测的新特征。这意味着，生态系统中的许多现象可能并不是由某一种化学信号单独决定，而是由整个化学环境共同塑造的。

2混合后的化学信息可能产生新的生态效应

研究团队特别关注一种被称为“涌现功能”（emergent functions）的现象。

在生态学中，“涌现功能”是指系统整体表现出的特征无法简单通过组成部分相加得到，而是在相互作用过程中产生的新性质。若是用俗话讲，可以理解为1+1>2。

研究人员梳理了已有证据后发现，当不同来源的化学物质在环境中混合后，其生态作用可能发生变化。

例如，昆虫对花朵的选择并不完全取决于某一种花香成分。周围植物释放的挥发物同样会改变整体气味背景，从而影响昆虫的识别行为。类似现象也出现在土壤生态系统中，植物根系分泌物、细菌代谢产物以及真菌释放的化学物质共同存在时，可能改变微生物群落结构、以及植物与微生物之间的关系。

研究人员认为，这类效应有助于解释一些长期难以理解的生态现象。某些情况下，即使单个化学成分的作用已经明确，生态系统层面的结果仍然难以预测，其中一个原因可能正是复杂化学混合物带来的影响。

（图文无关）▲雄性摇蚊长着一个夸张的羽毛状触角（ Pectinate antenna），是用来用于化学感受（chemoreception）‍的。它的羽毛状结构增加表面积，可提升化学分子捕获效率。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

3生态系统之间也存在化学联系

化学多样性景观并不局限于单一生态系统内部。

该研究指出，陆地与水域交界区域可能形成跨生态系统的化学连接。河岸植物释放的化学物质进入水体后，会影响水生生物对环境的感知；水体中的代谢产物也可能随着蒸发、扩散或生物活动进入周边陆地环境。

这种跨区域传递意味着，一个生态系统中的化学变化有机会影响邻近生态系统的生物互动。

从更大的空间尺度来看，化学信息的传播范围可能远超个体活动范围。某些挥发性有机化合物能够在空气中传播较长距离，从而影响更大区域内生物的行为和分布。

4气候变化或改变自然界的化学环境

这项研究源于德国研究基金会资助的“植物种内化学多样性的生态与进化”项目（FOR 3000）。自2020年以来，该研究团队一直在关注植物化学多样性在生态系统中的作用。

在研究过程中，科学家逐渐意识到，仅关注某个物种或某类化学物质，难以完整解释自然环境中的生态过程。化学多样性景观概念正是在这一背景下提出的。

研究人员同时指出，环境变化可能直接影响这些化学景观。

比如说，干旱会改变植物代谢过程，从而影响挥发性物质释放；气温升高可能改变化学物质在空气中的扩散速度；物种减少则意味着部分化学信号来源消失。随着环境条件发生变化，原有的化学背景也会随之调整。

这些变化，最终会影响传粉、植食、种间竞争以及微生物互作等过程。

该论文共同第一作者、慕尼黑工业大学研究人员罗宾·海宁（Robin Heinen）表示，化学多样性景观概念将研究视角从个体扩展到整个生物群落，为理解自然生态系统中的复杂过程提供了新的框架。目前，生态系统评估主要关注物种数量、群落结构和栖息地状况。该研究团队认为，化学多样性的变化同样值得关注，对于生态保护、生物多样性管理以及农业生态系统研究而言，环境中的化学信息网络仍有许多问题有待进一步探索。

本文参考资料

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：

Hanusch M, Dussarrat T, Xiao X, Ziaja D, Aragam KS, Blade JD, Bräutigam A, van Dam NM, Delory BM, Gaar S, Hildebrandt M, Jakobs R, Junker RR, Müller C, Nägele T, Popp M, Rinnan R, Schneider H, Schnitzler J-P, Mendoza Servín JV, Steppuhn A, Tholl D, Seymen Y, Setordjie EA, Unsicker SB, Weirauch SK, Weisser WW, Heinen R Ecological role of emergent properties in the chemodiversity landscape. Nat Ecol Evol 10, 1045–1056 (2026). https://doi.org/10.1038/s41559-026-03057-7. Erstveröffentlichung am 18.05.2026.

https://aktuell.uni-bielefeld.de/2026/06/16/invisible-chemical-landscapes-shape-life

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资讯源 | 德国比勒费尔德大学

文 | 朱潇潇

审核 | 海潮君

排版 | 卢晓雨