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避难地:生命的摇篮 精选

已有 5055 次阅读 2012-3-20 10:23 |个人分类:生物地理学|系统分类:科研笔记|关键词:生物多样性,避难地,演化| 生物多样性, 演化, 避难地

“地球和生命一起演化”,现在大家都知道这是个事实。但其实得出这个科学结论,也仅仅不到一百年的时间。与两个重要事件有关。一是19世纪50年代进化论的提出。二是魏格纳(Alfred Wegener1915年提出大陆漂移假说,以及赫斯(Harry Hess1960年提出海底扩张假说,他们的理论共同形成了统一的地球演化理论,即板块构造学说。进化论的提出使得生命演化研究有了新的范式,板块构造学说则带来了动态演化地球的概念,成为地球科学研究新的范式。正是这两个范式转变,让我们能够更清楚的了解地球和生命如何一起演化。

地球演化过程中温度的波动,使得很多地方经历过多次冰期(冰川期),冰期时全球性的地表和大气温度降低,使得地球上很多区域(更加寒冷的地区,以及高山)覆盖大面积的冰盖。即使不了解地质或地球科学,很多人或许看过福克斯电影公司的《冰河世纪》系列电影,也记住了里头几只可爱的动物。电影故事发生的背景,是离我们最近的第四纪冰期。电影生动的反映了两点:1)冰期时地球表面冰盖面积大量增加;2)生物大灭绝或者向逃离冰川方向的大迁徙(如北半球北部的生物向南方迁徙、高海拔向低海拔迁徙)。《冰河世纪》中的很多动物就是在冰河来临时向南方迁徙,里面的角色如猛犸象其实是在冰期灭绝的动物代表。电影中,人类也一样在逃离冰河的来临。人类的演化,是第四纪一个重要的标志。但该系列电影的第三部和今年7月即将上映的第四部,则跟冰河时期关系不大。

冰川运动对地球上生物的演化和分布有很大的影响,比如冰期导致很多生物的灭绝。有时候大范围的冰盖形成,某个地区的生物可能无一幸免。不过,对于生物来说幸运的是,冰期时也总有一些地方是生物们的“藏身之所”或“避难之地”。这些地方被称为“避难地”,在冰期时没有被冰盖所覆盖,维持比较稳定的环境。就像诺亚方舟、就像电影《2012》里在中国西藏造的那几艘大船,当不同的生物逃离到这些地方时,它们安全了。对于生物来说,在演化过程中不仅可能受到冰川的影响,还有自然界其他不利因素(极端气候、火、人类活动等)的影响,同样也可以形成应对这些因素的避难地。

有些物种原原本本的保留了下来,而有的物种则在这些地方发生变化成为新的物种,当从进化时间的尺度上去看的时候,这些地方往往积累了更高的生物多样性(物种多样性、遗传多样性、化石多样性),这是判断避难地的一个方法。理论上,随着冰期后冰盖的退去,生物从避难地向外扩散,从而形成现今的分布格局。基于遗传数据,比如遗传谱系的历史和基因流的方向,也可以判断避难地的存在。比如,很多的研究表明欧洲南部巴尔干半岛地区的避难地以及欧洲北部的一些避难地(洞穴或海岸地区)很大程度上决定了现今欧洲的生物区系格局(图1,见后面几篇参考文献)。再比如我们国家的秦岭山脉、青藏高原的边缘地区,也被越来越多的证据证明是重要的生物避难地(比如大熊猫),但与欧洲和北美的研究相比,众多生物类群比较性的研究需要加强。

 

图1. Cited from Hewitt (2004)

上面提到的是从格局方面如何判断避难地,这也是常见的研究模式。最新一期的Global Ecology and Biogeography上有篇综述文章,提出来从格局和过程两方面来理解和确定避难地(图2),有助于更好地理解避难地的内涵。推荐大家有空看看。但客观地说,这可能非常依赖于研究者对所研究的地区和类群的很好了解,很多时候自然界的真实情况远比理论框架描述的复杂,也给研究实践带来了难度。

 

图2. Cited from Keppel et al. (2012)

 

Keppel G et al. 2012. Refugia: identifying and understanding safe havens for biodiversity under climate change. Global Ecology and Biogeography 21: 393-404.

Hewitt GM. 2004. The structure of biodiversity – insights from molecular phylogeography. Frontiers in Zoology, 1: 4. doi:10.1186/1742-9994-1-4

Stewart JR, Lister AM. 2001. Cryptic northern refugia and the origins of the modern biota. Trends in Ecology and Evolution 16: 608-613.

Hewitt GM. 2000. The genetic legacy of the Quaternary ice ages. Nature , 405: 907-913.


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