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我的博士论文——中国陆栖脊椎动物地理分异及其历史生态过程

已有 3796 次阅读 2019-6-23 07:41 |系统分类:论文交流


生物地理学(Biogeography)是生物学和地理学的交叉学科,主要研究生物在地球上的时空分布格局、历史过程和形成机制。

动物地理分异反映了动物物种组成的区域差异,是各地动物对地质历史过程及现今生态环境适应的结果。研究动物地理分异过程,可以了解不同动物区系的起源及其关系,由此探讨物种的时空分布变化规律。它不仅为历史生物地理学、生态生物地理学、进化生物学和系统分类学等基础理论研究提供了清晰的空间框架,而且在保护生物学等领域得到广泛应用。

生物的地理分异及其形成机制是生物地理学的核心话题。生物地理学之父阿尔弗雷德•拉塞尔•华莱士(Alfred Russel Wallace)在1876年提出了全球动物地理区划方案,并在此基础上分析物种的时空分布规律,探讨不同动物区系的起源、发生及分化机制。他根据生物地理学上的发现,与达尔文共同创建了进化论。直到今天,华莱士发表的全球动物地理区划图一直是人们理解全球生物地理分布格局及分异过程的基础之一。

由于中国具有独特的地质演变过程和多样的环境梯度,中国动物地理分异研究是全球动物地理研究极为重要的组成。中国位于欧亚大陆板块的东侧,新生代以来,青藏高原的隆起极大地改变了欧亚大陆的地形格局和大气环流。东亚季风的形成导致了中国自然环境的异质性及地理分化。在第四纪冰期,中国所受到的气候变化的影响较小,形成广阔的冰川期避难所,保留了许多古老的孑遗种。同时,由于复杂的地形气候环境,中国也拥有多个物种分化中心,形成大量的特有种。此外,中国在纬度上从热带到温带,在经度上从雨林到戈壁沙漠,在海拔上从太平洋海岸到珠穆朗玛峰,形成多样的环境梯度并孕育着各异的生态系统。生态环境的时间和空间的异质性使中国形成了丰富的物种多样性和复杂的动物区系成分,成为了验证大尺度物种分布格局假说的天然实验室,也使得它成为全球动物地理分异中最具争议的地区之一。研究中国动物地理分异的历史生态过程,可以为动物地域分异形成机制提供实证依据,可以为大陆动物区系起源及分异过程提供重要研究线索。

动物地理区划是研究动物地理分异的重要手段。通过动物地理区划,我们了解到当今动物分布及地域差异的格局,但是这种格局是怎样形成的?以往,解释生物地理分布及分异格局有历史生物地理学和生态生物地理学两大学派。历史生物地理学派认为,地质历史(地球板块移动、山脉隆起或陆桥形成等)和气候历史(新生代气候变化,尤其是第四纪气候变化)是影响现代动物分布格局最重要的基础;而生态生物地理学派更倾向用现代生态环境(气候和地形)和生物相互作用去解释这种分布格局。过去的研究认为中国现生陆栖脊椎动物分异是青藏高原隆起及第四纪冰川作用的结果,但地质及气候历史是怎样影响中国动物地理分异过程,现代生态地理条件如何影响当代动物地理分异的问题仍然有待回答。

此外,台湾岛作为我国最大的岛屿,具有丰富的生物多样性及特有物种,是具有重要意义的动物地理区。与大陆动物地理分异形成机制不同,台湾独特的岛屿动物区系主要受到东亚陆缘特殊的地质历史及古气候环境的影响。在距今9百万年前,由于菲律宾海板块和亚欧大陆板块的碰撞,台湾逐渐隆起,并在约5百万年前露出海平面成为岛屿。台湾位于古北界和东洋界的交汇处,而且岛内的海拔落差大、生态环境的异质性高,为各类区系来源不同的动物提供了丰富的栖息地。此外,台湾岛与亚洲大陆之间陆桥的周期性出现,导致第四纪冰期-间冰期间歇性的生物交汇或地理隔离。因此,台湾被认为是研究扩散和隔离分化塑造当代岛屿生物多样性的天然实验室。但是,迄今为止台湾动物区系的时空起源仍存在较大的争论。

基于此,本研究回答的科学问题是:中国动物地理分异及其形成机制。要回答这一科学问题,首先需要了解当今中国动物地理分异格局,并以此探讨地质及气候历史和环境因子对动物地理分异的影响,最终回答现今格局的形成机制。因此,本研究可以分为3个子问题:(1)中国动物地理分异格局是怎样的?(2)中国动物地理分异是怎样形成的?(3)为什么会形成当代的动物地理分异?本文主要由4部分内容组成:(1)基于中国2,102种陆栖脊椎动物的空间分布信息,运用定量的生物地理区划方法,探索中国陆生脊椎动物分布的地理差异;(2)运用哺乳动物化石材料,结合古地质和古气候背景,探讨中国动物地理分异的历史过程;(3)结合现代生态环境信息,利用多因子分析方法,探讨影响中国动物地理分异的生态因素;(4)运用分子谱系地理学方法,探讨台湾陆栖脊椎动物区系的起源。

本研究认为:

中国划分为10个动物地理区。与以往研究不同,华中区和华南区合并为一个动物地理区,台湾岛、陇中高原和东喜马拉雅是3个新的动物地理区。

中国动物地理的东-西分异大于南-北分异。南-北的动物地理分异主要受到生态差异的影响。但是,东-西的动物地理分异不仅受现代生态环境差异的影响还受到地质和气候历史过程的影响。

中国动物地理分异可以追溯到始新世,现代动物地理格局建立于更新世。青藏高原隆升、季风系统的形成和全球生物演化,并没有加深地理分异的程度,但极大地重塑了不同动物地理区之间相互关系。现代动物地理区的相互关系建立于更新世。这与我国现代主要的地形格局和气候环境形成时间相吻合。

    台湾岛的动物在最近5 百万年里从各个动物地理区迁入。与传统观点不同,东喜马拉雅是台湾特有种最重要的来源地,其次才是华南地区。除冰期陆桥以外,越洋扩散也为台湾的物种提供了一种潜在的迁入方式。


博士论文-中国陆栖脊椎动物地理分异及其历史生态过程-何杰坤.pdf

He_et_al-2017-Journal_of_Biogeography.pdf

He_et_al-2018-Global_Ecology_and_Biogeography.pdf

He_et_al-2018-Journal_of_Biogeography.pdf





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