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中國科學院動物研究所对物种分布纬度梯度格局形成原因的新解释

  地球上的物種沒有哪個可以適應所有的環境條件。物種所能適應的特定範圍的環境條件,通常被稱爲基礎生態位(fundamental niche)或生態位寬度(niche breadth)。科學界通常認爲,生態位寬度會隨緯度發生變化。相對于溫帶物種來說,熱帶物種的環境適應能力弱,對環境抗逆性差。這一假設可以用來解釋一些的生物現象,包括緯度梯度多樣性格局及物種形成與滅絕率的差異。但是,該假設的適用性及其內在的生態學過程與機理,仍存在爭議。 

  中國科學院動物研究所乔慧捷副研究員与英国牛津大學、雷丁大学、布里斯托大学及美国新墨西哥大学、堪萨斯大学等单位开展合作研究,构建了没有种间相互作用、进化机制极其简单的虚拟场景,评估了环境变化对生态位宽度的纬度梯度格局的影响程度。该研究将全球陆地区域网格化并与环境空间结合,重构了物种进化的历史和全球尺度的生物多样性格局,利用細胞自動機(cellular automaton算法來模擬虛擬物種的生態位寬度和分布範圍沿緯度梯度的變化趨勢。 

  研究使用了物種在環境空間中分布相關的七個特征變量(緯度範圍、地理分布大小、生態位寬度、最低/最高溫度、溫度季節性及最大降水量)進行模型預測和評估。結果表明,除最大降水量和緯度範圍外,其余特征與緯度梯度呈正相關性;在南、北半球內,緯度和地理分布大小分別與北半球和南半球的緯度呈正相關和負相關。以溫度爲衡量指標,溫帶地區物種的生態位寬度遠大于熱帶地區的,但熱帶物種在降水量方面具有更寬的生態位。通過模型模擬,該研究證明了基礎生態位與實際生態位有著明顯的差別;實際生態位寬度的緯度格局僅受實際氣候時空變化的影響。 

  該研究重現了一些重要的生態學現象(如多樣性/環境適應能力等的維度梯度),並在一定程度上證明了Rapoport’s Rule等假說。研究發現,利用簡單的變量即可解釋當前的物種分布格局,指出不同地區(溫帶 vs 熱帶)的物種對不同環境因素的耐受性存在差異。基于此,原有的相關假說需要加以修正後才能適用于實際。 

  該研究成果已近日已在線發表于生物地理學領域國際主流期刊Global Ecology and Biogeography上。牛津大學Erin Saupe博士、中國科學院動物研究所乔慧捷副研究員为論文的共同通讯作者。该研究受到科技部重点研发项目、国家自然科学基金等资助。(論文链接)

 模拟系统中虚拟物种的分布格局动态:虚拟物种按照自身的环境适应性与扩散能力,在变化的环境中(顶部曲线)扩散的过程,以及由此带来的一系列生态学事件(种化、灭绝等)。(a) 扩散能力差,环境适应性差;(b) 扩散能力差,环境适应性强;(b) 扩散能力强,环境适应性差;(b) 扩散能力强,环境适应性强。

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