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揭开物种丰富度的秘密

揭开物种丰富度的秘密

斯里兰卡吊鹦鹉(细叶月桂)仅居住在斯里兰卡。 它是世界上非常稀有的物种,这意味着它的个体数量很少。 图片来源:科里·卡拉汉

多年来,全球对生物多样性的观察揭示了一个潜在一致的模式,表明有多少物种是常见的、极其稀有的或介于两者之间的。

一个多世纪以来的自然观察揭示了一致的模式…… 分类 丰富度:虽然大多数物种都很稀有,但大部分并不稀有,只有少数物种非常常见。 对于一些受到良好监测的物种群体(例如鸟类)来说,所谓的全球物种丰度分布已经完全暴露。

至于昆虫等其他物种群体,面纱仍然部分未被揭开。 这些是由德国综合生物多样性研究中心 (iDiv)、哈勒维滕贝格马丁路德大学 (MLU) 和佛罗里达大学 (UF) 领导的国际研究小组的发现,发表在该杂志上 自然生态与进化。 该研究表明,监测生物多样性对于发现地球上物种的丰富程度并了解它们的变化是多么重要。

“谁能解释一下,为什么一种物种分布范围广、数量多,而另一种类似物种分布范围窄、数量稀少?” 这个问题是查尔斯·达尔文 (Charles Darwin) 在其 150 多年前出版的开创性著作《物种起源》中提出的。 一个相关的挑战是了解常见(多种)物种的数量和稀有物种的数量,这称为全球物种丰度分布(gSAD)。

虎巴杜斯

老虎 (虎巴杜斯)是一种稀有到中等的物种。 图片来源:科里·卡拉汉

上个世纪提出了 gSAD 的两个主要模型: 统计学家和生物学家 R.A. Fisher 提出,大多数物种都非常稀有,并且物种数量相对于更常见的物种正在减少(所谓的对数序列模型) )。 另一方面,工程师兼生态学家 F. W. Preston 认为,只有少数物种实际上非常稀有,大多数物种都具有平均水平的共同性(所谓的对数正态模型)。 然而,直到现在,尽管进行了数十年的研究,科学家们仍然不知道描述地球真实 gSAD 的模型。

解决这个问题需要大量的数据。 研究作者使用了全球生物多样性信息设施 (GBIF) 的数据,并下载了代表 1900 年至 2019 年超过 10 亿个野生物种观察结果的数据。

“GBIF 数据库是所有类型的生物多样性相关研究的重要资源,特别是因为它汇集了来自世界各地的专业和公民科学家收集的数据,”第一作者 Corey Callahan 博士说。 他在 iDiv 和 MLU 工作期间开始学习,现在在佛罗里达大学工作。

全球物种的分布和丰富度

鸟类的全球物种丰度分布(gSAD)已得到充分揭示,并显示出潜在的全球模式:有一些非常稀有的物种,例如斯里兰卡吊鹦鹉,许多稀有物种,例如北方苍鹰,以及一些常见物种例如麻雀。 该模式由 F. W. Preston 于 1948 年首次提出。来源:Gabriel Rada(插图)、Corey Callahan(照片)

卡拉汉和他的研究人员同事将下载的数据分为 39 个物种组,例如鸟类、昆虫或哺乳动物。 他们为每个物种编制了全球物种丰度分布(gSAD)。

研究人员发现了一种潜在的全球模式,一旦物种丰度的分布完全揭示,这种模式就会出现:大多数物种都很稀有,但不是非常稀有,只有少数物种非常常见,正如对数正态模型中所预期的那样。 然而,研究人员还发现,只有苏铁和鸟类等少数物种群体的面纱才被完全揭开。 对于所有其他物种组,数据尚不充分。

“如果没有足够的数据,就好像大多数物种都太稀有一样,”iDiv 和 MLU 研究小组组长、首席研究员 Henrique Pereira 教授说道。 “但是通过添加越来越多的观察结果,情况就会发生变化。事实上,你开始发现稀有物种比非常稀有的物种还要多。当你比较 1900 年以来对物种的观察时,你可以看到苏铁和鸟类的这种转变,当数据较少时,我们有了今天最全面的物种观测。值得注意的是:我们可以清楚地看到揭示物种丰度整个分布的现象,正如普雷斯顿几十年前所预测的那样,但现在才以整个星球。

“尽管我们已经进行了数十年的观察,但我们只发现了少数几个物种,”卡拉汉说。 “我们还有很长的路要走。但对我来说,全球生物多样性信息设施和数据共享确实代表了生物多样性研究和监测的未来。”

新研究的结果使科学家能够评估不同物种群体检测到 gSAD 的程度。 这使得另一个长期存在的研究问题得到了解答:有多少物种? 这项研究发现,虽然几乎所有物种都已被识别为某些类群(例如鸟类),但其他类群(例如昆虫和鸟类)的情况并非如此。 头足类

研究人员认为,他们的发现可能有助于回答达尔文的问题,即为什么有些物种很稀有,而另一些物种很常见。 他们发现的全球模式可能表明控制物种普遍性和稀有性的一般生态或进化机制。

随着更多研究的完成,人类继续改变地球表面和物种丰富度,例如,使常见物种变得不那么常见。 这使研究人员的任务变得复杂:他们不仅需要了解物种丰度如何自然演化,还需要了解人类影响如何同时改变这些模式。 距离达尔文的问题最终得到解答可能还有很长的路要走。

参考文献:《揭示全球物种丰度分布》,作者:Corey T. Callahan、Luis Borda de Agua、Roel van Klink、Roberto Rosi 和 Henrique M. Pereira,2023 年 9 月 4 日, 自然生态与进化
DOI:10.1038/s41559-023-02173-y

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