为什么赤道那么多物种,而两极却那么少?

国际新闻 浏览(1643)

  2019 Science科学说

  

  地球上到处都是奇怪的生命形式螃蟹长着12英尺的腿在日本海岸上疾走,蘑菇在北美东部的夜晚发光,蝴蝶喝着亚马逊海龟的眼泪。

  贾布隆斯基的目标是了解生物多样性,而其中的利害关系重大,包括物种将如何适应气候变化。

  像贾布隆斯基这样的科学家对软体动物的研究塑造了这个领域,一般情况下科学家要么研究物种的形态(生物体的身体形态),要么研究其功能(生物体的生存方式)。例如,蛤蜊的壳可以是多刺的,也可以是光滑的,它可以靠吃海岸外沉没的圆木为生,也可以靠在潮滩过滤浮游生物为生。每一种观察动物的方式都告诉你一些关于进化、生态位和生物多样性模式的不同信息;但它们各自都非常复杂,因此很少有人对它们进行统一的研究。贾布隆斯基认为,将两者结合起来可能会产生重要的见解。

  他的实验室最近的两项研究采用了这种方法,结合其他专家的力量,以一种创新的方式调查从赤道到两极的生物多样性转变。

  在第一项研究中,他们与鸟类生物学家特雷弗普莱斯教授合作,比较了贾布隆斯基的软体动物数据与普莱斯对世界各地物种如何在不同环境中生存的鸟类观察。

  在热带鸟类中,一些谋生的方式充满了物种,例如,许多以树枝上的昆虫为食,而另一些只能养活少数几种。这种模式一直持续到高纬度地区的中部,但之后就有了一个明显的临界点,谋生的方式和方式之间的不均匀分布就会减少。

  软体动物也是如此。“这个结果让我们所有人都大吃一惊,”贾布隆斯基说。

  “对于动物来说,它们与鸟类和双壳类动物没有太大的不同,但你会发现这种惊人的相似模式,”博士后研究员斯图尔特伊迪(Stewart Edie)说。“这通常表明,我们正在寻找一种更高阶的控制,这种控制在全球范围内大规模运行,包括陆地和海洋。”

  该理论认为,在热带地区,物种之间有更大的精细分工空间不仅是吃种子的鸟类,而且是只吃一种种子的鸟类,在环境的某个部分(例如,在森林树冠高处的树枝)。但随着纬度的增加,气候变得越来越季节性,越来越难以生存。“许多生活方式仍然存在;你只需要吃每一种种子,或者住在树冠的任何地方,”贾布伦斯基说。

  

  他说,这是关于生物多样性如何工作的新发现,它可能会对随着气候变化的进展情况产生影响。他说:“例如,那些攻击我们所关心的作物或植物的寄生虫将会发生什么随着天气变暖,那些能够集中攻击特定宿主的物种将会出现。”

  第二篇论文,由博士后研究员凯蒂柯林斯(Katie Collins)领导,转向技术来分析软体动物的形态是如何从热带转变到极地的。

  他们用微型CT扫描仪扫描了在佛罗里达群岛和缅因湾发现的95%物种的样本,得到了一组珍贵的三维图像。大多数研究只针对壳层的长度和高度,“但这并不是全部,”柯林斯说。“第三维度增加了一层新的理解。”芝加哥菲尔德博物馆无脊椎动物馆馆长、芝加哥大学进化生物学委员会成员、论文合着者鲁迪格比勒补充说:“现在,我们可以在我们之前只有一般印象的地方,对贝壳的形状给出确切的数字。”

  当你去佛罗里达群岛的海滩时,你的眼睛会被带着刺、脊和旋钮的色彩鲜艳的大贝壳所吸引。但在科德角以北,你找不到这些。这些贝壳都是光滑的、平坦的,而且往往很小,乍一看,这似乎表明物种形态发生了巨大的变化。

  然而,这并不是科学家们的发现。柯林斯说:“原来到处都是普通的贝壳。”“热带贝壳实际上是普通贝壳和奇特贝壳的混合体;当你往北走的时候,这些漂亮的贝壳就会从混合物中掉出来。所以个体物种不会为了适应新的环境而改变;各种各样稀奇古怪的东西都没有了。”

  加布隆斯基说:“高纬度气候似乎缩小了贝壳类生物的生存范围,可以说,一些谱系已经被冻结了。”

  随着人类继续改变气候和环境,这也会对人类产生影响。

  柯林斯说:“这表明,大多数动物更有可能辍学,而不是适应高纬度地区更恶劣的环境。”“这可能会以一种非常真实的方式影响人类。双壳类动物在渔业中发挥着巨大的作用,我们不知道我们最喜欢吃的牡蛎、扇贝或贻贝等动物是否会随着周围气候的变化而消失,或者离开它们可进入的渔场。”

  这项研究是在现代物种上进行的;下一步将是添加化石。(科学家喜欢软体动物,因为它们的壳很容易变成化石。)柯林斯说:“例如,我们想知道这些奇特的血统是随着时间的推移变化得更快,更容易灭绝,还是更稳定。”

  贾布隆斯基说:“综合来看,这些新的研究表明,生物多样性的不同维度在全球范围内并不是同时发生变化的,这些不匹配告诉我们一些有关塑造地球生命的力量的新情况。”

  

  地球上到处都是奇怪的生命形式螃蟹长着12英尺的腿在日本海岸上疾走,蘑菇在北美东部的夜晚发光,蝴蝶喝着亚马逊海龟的眼泪。

  贾布隆斯基的目标是了解生物多样性,而其中的利害关系重大,包括物种将如何适应气候变化。

  像贾布隆斯基这样的科学家对软体动物的研究塑造了这个领域,一般情况下科学家要么研究物种的形态(生物体的身体形态),要么研究其功能(生物体的生存方式)。例如,蛤蜊的壳可以是多刺的,也可以是光滑的,它可以靠吃海岸外沉没的圆木为生,也可以靠在潮滩过滤浮游生物为生。每一种观察动物的方式都告诉你一些关于进化、生态位和生物多样性模式的不同信息;但它们各自都非常复杂,因此很少有人对它们进行统一的研究。贾布隆斯基认为,将两者结合起来可能会产生重要的见解。

  他的实验室最近的两项研究采用了这种方法,结合其他专家的力量,以一种创新的方式调查从赤道到两极的生物多样性转变。

  在第一项研究中,他们与鸟类生物学家特雷弗普莱斯教授合作,比较了贾布隆斯基的软体动物数据与普莱斯对世界各地物种如何在不同环境中生存的鸟类观察。

  在热带鸟类中,一些谋生的方式充满了物种,例如,许多以树枝上的昆虫为食,而另一些只能养活少数几种。这种模式一直持续到高纬度地区的中部,但之后就有了一个明显的临界点,谋生的方式和方式之间的不均匀分布就会减少。

  软体动物也是如此。“这个结果让我们所有人都大吃一惊,”贾布隆斯基说。

  “对于动物来说,它们与鸟类和双壳类动物没有太大的不同,但你会发现这种惊人的相似模式,”博士后研究员斯图尔特伊迪(Stewart Edie)说。“这通常表明,我们正在寻找一种更高阶的控制,这种控制在全球范围内大规模运行,包括陆地和海洋。”

  该理论认为,在热带地区,物种之间有更大的精细分工空间不仅是吃种子的鸟类,而且是只吃一种种子的鸟类,在环境的某个部分(例如,在森林树冠高处的树枝)。但随着纬度的增加,气候变得越来越季节性,越来越难以生存。“许多生活方式仍然存在;你只需要吃每一种种子,或者住在树冠的任何地方,”贾布伦斯基说。

  

  他说,这是关于生物多样性如何工作的新发现,它可能会对随着气候变化的进展情况产生影响。他说:“例如,那些攻击我们所关心的作物或植物的寄生虫将会发生什么随着天气变暖,那些能够集中攻击特定宿主的物种将会出现。”

  第二篇论文,由博士后研究员凯蒂柯林斯(Katie Collins)领导,转向技术来分析软体动物的形态是如何从热带转变到极地的。

  他们用微型CT扫描仪扫描了在佛罗里达群岛和缅因湾发现的95%物种的样本,得到了一组珍贵的三维图像。大多数研究只针对壳层的长度和高度,“但这并不是全部,”柯林斯说。“第三维度增加了一层新的理解。”芝加哥菲尔德博物馆无脊椎动物馆馆长、芝加哥大学进化生物学委员会成员、论文合着者鲁迪格比勒补充说:“现在,我们可以在我们之前只有一般印象的地方,对贝壳的形状给出确切的数字。”

  当你去佛罗里达群岛的海滩时,你的眼睛会被带着刺、脊和旋钮的色彩鲜艳的大贝壳所吸引。但在科德角以北,你找不到这些。这些贝壳都是光滑的、平坦的,而且往往很小,乍一看,这似乎表明物种形态发生了巨大的变化。

  然而,这并不是科学家们的发现。柯林斯说:“原来到处都是普通的贝壳。”“热带贝壳实际上是普通贝壳和奇特贝壳的混合体;当你往北走的时候,这些漂亮的贝壳就会从混合物中掉出来。所以个体物种不会为了适应新的环境而改变;各种各样稀奇古怪的东西都没有了。”

  加布隆斯基说:“高纬度气候似乎缩小了贝壳类生物的生存范围,可以说,一些谱系已经被冻结了。”

  随着人类继续改变气候和环境,这也会对人类产生影响。

  柯林斯说:“这表明,大多数动物更有可能辍学,而不是适应高纬度地区更恶劣的环境。”“这可能会以一种非常真实的方式影响人类。双壳类动物在渔业中发挥着巨大的作用,我们不知道我们最喜欢吃的牡蛎、扇贝或贻贝等动物是否会随着周围气候的变化而消失,或者离开它们可进入的渔场。”

  这项研究是在现代物种上进行的;下一步将是添加化石。(科学家喜欢软体动物,因为它们的壳很容易变成化石。)柯林斯说:“例如,我们想知道这些奇特的血统是随着时间的推移变化得更快,更容易灭绝,还是更稳定。”

  贾布隆斯基说:“综合来看,这些新的研究表明,生物多样性的不同维度在全球范围内并不是同时发生变化的,这些不匹配告诉我们一些有关塑造地球生命的力量的新情况。”

达到当天最大量

——