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全球寒冷化推动陆地兰花植物多样性
2023/7/20 9:12:00 本站

近日,发表在《美国国家科学院院刊》的题为“全球寒冷化推动了陆地兰花在地球上的物种形成”的论文,为研究气候变化与生物多样性走势的关系提供了重要参考,大致内容介绍如下:


研究概述


生物的多样性情况不是一成不变的,而是在一个无止境的过程中不断演变分化。科学家们以这个论断为出发点,分析认为地球波动的气候周期会对这一过程产生具体的促进作用,但由于自然环境本身具有广泛复杂性,学界尚未就气候变化的效果做出普遍性的定论。而在近日,以科学家杰米·汤普森(Jamie Thompson)为代表的团队以兰花科的植物为出发点,研究重构了其在演化过程中的形态分布等特征,同时也利用超过250万的地理自然数据来比对该物种在不同地球区域的生长状况。团队在研究后总结认为:地球自第三纪中新世(Miocene)开始一直延续至近代的气候寒冷化在全球范围内促进了兰花植物的分布生长,为研究气候变化与生物多样性走势的关系提供了重要参考(Thompson et al., 2021)。


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图源:大英百科全书


在过往的历史研究中,气候变化与生物多样性被长期地认为具有因果关系,但缺乏相应的具体理论和针对性的效果论证。因此在该研究中,科学家们选定了兰花科内超过1400种植物进行细致分析。与其他研究相对定性的影响因素(时间、温度带分布、海拔高度等)不同,研究主要分析历史上地球均温的动态变化趋势。事实证明,过去长时间的全球寒冷化效应与同一气候条件下的随时间自然演化相比有着更明显的促进生物多样性效果。


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图源:Nature


事实上,在选定研究物种这一问题上科学家们就必须面对一个不可忽视的挑战,即如何确保物种可准确反映出全球气候对其多样性的影响:一些从慈鲷科(Cichlidae)和安乐蜥属(Anolis)等物种入手的历史研究案例只能狭窄地总结局部区域气候的效应,尽管这在一定程度上可帮助学界以点到面推测全球背景下可能出现的后续生态结果,但生物自身超强的环境感知力以及基于此作出的栖息分布抉择使得问题更加复杂化。而兰花类植物(Orchidoideae)的特征很好地解决了这个问题:这类物种内部不仅拥有将近5000种多样化的生物形态,而且人类对其在世界上的地理分布都有相对细致的记载,同时兰花在历史长河中演化的具体步骤及事件也有现成的推演模型。而在具体的研究中,科学家们通过对选取的1400多种兰花进行生理相似性检验将它们的分布按照学界设定的七大区域(非洲、澳大利亚、亚欧大陆、北美、新热带、太平洋地区、东南亚)归类划分。在这样的基础上,科学家通过获取相关的不同种类兰花及地球自然数据,建立了数十个模型以评估不同因素对兰花演化的影响。


研究结果


经过大量的数据分析和公式推理,该科学团队在排除了几个干扰性指标(如兰花染色体数目)后将目光聚焦在时间推移以及气温变化的讨论上。事实上,时间推移与兰花多样性的模型呈现着非常明显的正相关性(图3),这使得学界在过往草率地总结生物多样性是时间沉淀的漫长结果,而本次研究中科学家将这个模型与气温的进行了更直观的相关性对比(图4),结果证明种兰花群演化对温度波动的敏感程度远高于时间,这证明了温度经过了重重的“考验”成为影响兰花多样性的首要因素。


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图源:PNAS


那么温度与兰花多样性具体存在什么样的关系呢?


为了获得这个问题的答案,科学家们首先分析了从第三纪中新世到近代以来的地球总体气温走势,他们发现在这段历史内全球气候处于寒冷化的阶段,气温属于下行趋势。通过后续的推演,该研究得出了以下结论:尽管兰花科形成新物种的概率在不同的地理划分区域存在着绝对数量上的差异,在温度走势升高的前提下,该植物分类下的生物数目总体上会有明显的下降(图5),意味着气温与兰花多样性演变之间存在着负相关的逻辑。而也正因为这段时期内气温不断下行推动兰花多样性增强,使得时间推移与其呈现了表面数据上的正相关性,相当具有误导性。


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图源:PNAS


评论


保护生物多样性的重要性毋庸置疑,但相比起空中浮云的空洞呐喊,务实的行动更值得人类社会的关注。而类似这样的研究增进了我们对具体物种演变趋势的理解并为未来的保护方案构思奠定了基础,因此显得尤为必要珍贵。事实证明,即便是像兰花这类研究条件充足的生物,在现有的研究水平下也许耗费大量的资源和时间,而生态圈的复杂程度将使得这项任务更加棘手。在笔者看来,饭要一口口吃:目前来说人类在生态保护方面的首要任务应该是增加研究资源的投入以及尽力促成全球各国达成更实质性的合作分工,这其中发达国家应该凭借它们的优势承担起更重的科研责任,同时主流国际机构也要为发展中国家的行动提供必要的协助。笔者认为,一个专门的全球性生态保护平台的建立应该被提上日程:在这个平台内各国应相对透明地分享生态研究信息和成果,同时在这个基础上讨论实际的保护方向和策略。当然,这只是一种相对理想化的构思:结合当下世界形势日益紧张分裂和国际发展鸿沟的扩大,这样一种机制的可实现性以及预期的效能都蒙上了一层阴影。


(本文仅代表作者个人观点,不代表平台观点,仅供参考)


参考文献:

Thompson, Jamie B, Davis, Katie E, Dodd, Harry O, Wills, Matthew A, Priest, Nicholas K. Speciation across the Earth driven by global cooling in terrestrial orchids.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2023, 120(29): e2102408120. DOI: 10.1073/pnas.2102408120.

https://doi.org/10.1101/2021.02.06.430029.


作者/谭牧遥 审核/YJ 编辑/Candy

谭牧遥,系中国生物多样性保护与绿色发展基金会(CBCGDF)国际部与北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院(BNU-HKBU UIC)全球化与发展(GAD)专业联合发起的“可持续发展人才培养计划”的学生。