为什么地球生物如此多样化?答案可能在藏在山脉中

avatar 2019-09-2220:46:01 评论 29

自洪堡、达尔文和华莱士时代以来,决定全球生物多样性格局的因素一直是科学家们的困惑。然而,尽管经过了两个世纪的研究,这个问题仍然没有答案。全球山区生物多样性的格局,特别是热带山区的异常丰富,在本周的两篇科学评论论文中都有记录。这些论文关注的事实是,在山区发现的高水平的生物多样性远远超出了普遍假设的预期。

火山

“所面临的挑战是,尽管很明显,全球生物多样性的变化是很明显的极其丰富的热带山区,推动生物多样性非常丰富,当前模型,基于当代气候,无法解释:山太丰富的物种,我们落后的和解释全球生物多样性的热点地区” , Carsten Rahbek教授说,两个审查论文的第一作者发表在《科学》杂志上。

哥本哈根大学全球研究所(global Institute of Copenhagen)大生态、进化与气候中心(Center for Macroecology, Evolution and Climate, CMEC)的科学家们致力于综合来自大生态、进化生物学、地球科学和地质学等不同领域的理解和数据,以解决山脉为何具有如此丰富的生物多样性的问题。来自牛津大学、英国皇家植物园和康涅狄格大学的个人合作者加入了CMEC科学家的行列。

这些研究发现,部分原因在于,与邻近的低地地区相比,热带山区崎岖不平的气候在复杂性和多样性方面存在根本差异。独特的异质性山区气候可能在产生和维持高度多样性方面发挥着关键作用。

“人们通常认为山区的气候寒冷而严酷,”该研究的共同负责人迈克尔·k·博尔加德(Michael K. Borregaard)说。“但世界上物种最丰富的山区,比如北安第斯山脉,在一个相对较小的区域内捕获了世界上大约一半的气候类型——比附近亚马逊地区捕获的要多得多,亚马逊地区的面积是前者的12倍多。”

强调山地气候的另一个独特的特性,Michael解释道,“赤道热带山区,位于肥沃和湿低地和扩展到气候条件表面上类似发现在北极,跨越一个梯度的年平均气温仅几公里一样大,发现超过10000公里从赤道热带低地在北极地区在两极。如果你仔细想想,就会发现这是一件非常神奇的事情。”

某些山脉生物多样性高的另一个解释与造山的地质动力学有关。随着时间的推移,这些地质过程与复杂的气候变化相互作用,为进化过程提供了充分的机会。

“全球生物多样性格局表明,山地生物多样性显示出过去进化过程的明显特征。山地,独特的复杂环境和地质,允许古老物种的继续坚持深深扎根于生命之树,作为新物种出现的摇篮率远高于在低地地区,甚至在亚马逊热带雨林一样惊人的生物多样性地区,“Carsten Rahbek教授说。

从海洋地壳、火山和基岩到山地生物多样性

该研究称,对山地丰富程度的另一种解释可能在于地质学和生物学之间的相互作用。科学家们报告了一个新奇而令人惊讶的发现:这种高度多样性存在于大多数与基岩地质紧密相关的热带山区——尤其是那些有俯冲的古代海洋地壳的山区。为了解释地质学和生物多样性之间的这种关系,科学家们提出了一个可行的假设,即热带山区的土壤来自于海洋基岩,这些山区提供了特殊的环境条件,推动了植物的局部适应性变化。植物能够适应这些不寻常土壤的特殊适应性反过来可能会推动物种形成的连锁反应(一个群体的物种形成导致另一个群体的物种形成),一直到动物,并最终促成全球生物多样性格局的形成。

冯·洪堡诞辰250周年

这两篇论文是《科学》杂志庆祝亚历山大·冯·洪堡诞辰250周年活动的一部分。1799年,亚历山大·冯·洪堡(Alexander von Humboldt)开始了为期5年、8000公里的拉丁美洲科学探索之旅。他穿越安第斯山脉的旅程,被他著名的以钦博拉索山为特色的植被分区图所记录,在理解地球生物多样性方面,他将山脉奉为经典。

哥本哈根大学(University of Copenhagen)新成立的跨学科全球研究所(跨学科GLOBE Institute)的创始科学家之一卡斯滕•拉贝克(Carsten Rahbek)教授承认冯•洪堡(von Humboldt)对我们理解生命世界的贡献:

“我们在《科学》杂志上发表的论文证明了冯·洪堡的工作,他的工作彻底改变了我们对决定生命分布过程的思考。我们今天的工作是站在他几个世纪前工作的肩膀上,遵循他的方法,将不同科学学科的数据和知识整合到对自然世界更全面的理解中。这是我们对洪堡遗产的小小敬意。”

 

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