全球寒冷化推動(dòng)陸地蘭花植物多樣性

近日，發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》的題為“全球寒冷化推動(dòng)了陸地蘭花在地球上的物種形成”的論文，為研究氣候變化與生物多樣性走勢(shì)的關(guān)系提供了重要參考，大致內(nèi)容介紹如下：

研究概述

生物的多樣性情況不是一成不變的，而是在一個(gè)無(wú)止境的過(guò)程中不斷演變分化?？茖W(xué)家們以這個(gè)論斷為出發(fā)點(diǎn)，分析認(rèn)為地球波動(dòng)的氣候周期會(huì)對(duì)這一過(guò)程產(chǎn)生具體的促進(jìn)作用，但由于自然環(huán)境本身具有廣泛復(fù)雜性，學(xué)界尚未就氣候變化的效果做出普遍性的定論。而在近日，以科學(xué)家杰米·湯普森（Jamie Thompson）為代表的團(tuán)隊(duì)以蘭花科的植物為出發(fā)點(diǎn)，研究重構(gòu)了其在演化過(guò)程中的形態(tài)分布等特征，同時(shí)也利用超過(guò)250萬(wàn)的地理自然數(shù)據(jù)來(lái)比對(duì)該物種在不同地球區(qū)域的生長(zhǎng)狀況。團(tuán)隊(duì)在研究后總結(jié)認(rèn)為：地球自第三紀(jì)中新世（Miocene）開(kāi)始一直延續(xù)至近代的氣候寒冷化在全球范圍內(nèi)促進(jìn)了蘭花植物的分布生長(zhǎng)，為研究氣候變化與生物多樣性走勢(shì)的關(guān)系提供了重要參考(Thompson et al., 2021)。

圖源：大英百科全書(shū)

在過(guò)往的歷史研究中，氣候變化與生物多樣性被長(zhǎng)期地認(rèn)為具有因果關(guān)系，但缺乏相應(yīng)的具體理論和針對(duì)性的效果論證。因此在該研究中，科學(xué)家們選定了蘭花科內(nèi)超過(guò)1400種植物進(jìn)行細(xì)致分析。與其他研究相對(duì)定性的影響因素（時(shí)間、溫度帶分布、海拔高度等）不同，研究主要分析歷史上地球均溫的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。事實(shí)證明，過(guò)去長(zhǎng)時(shí)間的全球寒冷化效應(yīng)與同一氣候條件下的隨時(shí)間自然演化相比有著更明顯的促進(jìn)生物多樣性效果。

圖源：Nature

事實(shí)上，在選定研究物種這一問(wèn)題上科學(xué)家們就必須面對(duì)一個(gè)不可忽視的挑戰(zhàn)，即如何確保物種可準(zhǔn)確反映出全球氣候?qū)ζ涠鄻有缘挠绊懀阂恍拇弱牽疲–ichlidae）和安樂(lè)蜥屬（Anolis）等物種入手的歷史研究案例只能狹窄地總結(jié)局部區(qū)域氣候的效應(yīng)，盡管這在一定程度上可幫助學(xué)界以點(diǎn)到面推測(cè)全球背景下可能出現(xiàn)的后續(xù)生態(tài)結(jié)果，但生物自身超強(qiáng)的環(huán)境感知力以及基于此作出的棲息分布抉擇使得問(wèn)題更加復(fù)雜化。而蘭花類(lèi)植物（Orchidoideae）的特征很好地解決了這個(gè)問(wèn)題：這類(lèi)物種內(nèi)部不僅擁有將近5000種多樣化的生物形態(tài)，而且人類(lèi)對(duì)其在世界上的地理分布都有相對(duì)細(xì)致的記載，同時(shí)蘭花在歷史長(zhǎng)河中演化的具體步驟及事件也有現(xiàn)成的推演模型。而在具體的研究中，科學(xué)家們通過(guò)對(duì)選取的1400多種蘭花進(jìn)行生理相似性檢驗(yàn)將它們的分布按照學(xué)界設(shè)定的七大區(qū)域（非洲、澳大利亞、亞歐大陸、北美、新熱帶、太平洋地區(qū)、東南亞）歸類(lèi)劃分。在這樣的基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過(guò)獲取相關(guān)的不同種類(lèi)蘭花及地球自然數(shù)據(jù)，建立了數(shù)十個(gè)模型以評(píng)估不同因素對(duì)蘭花演化的影響。

研究結(jié)果

經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析和公式推理，該科學(xué)團(tuán)隊(duì)在排除了幾個(gè)干擾性指標(biāo)（如蘭花染色體數(shù)目）后將目光聚焦在時(shí)間推移以及氣溫變化的討論上。事實(shí)上，時(shí)間推移與蘭花多樣性的模型呈現(xiàn)著非常明顯的正相關(guān)性（圖3），這使得學(xué)界在過(guò)往草率地總結(jié)生物多樣性是時(shí)間沉淀的漫長(zhǎng)結(jié)果，而本次研究中科學(xué)家將這個(gè)模型與氣溫的進(jìn)行了更直觀的相關(guān)性對(duì)比（圖4），結(jié)果證明種蘭花群演化對(duì)溫度波動(dòng)的敏感程度遠(yuǎn)高于時(shí)間，這證明了溫度經(jīng)過(guò)了重重的“考驗(yàn)”成為影響蘭花多樣性的首要因素。

圖源：PNAS

那么溫度與蘭花多樣性具體存在什么樣的關(guān)系呢？

為了獲得這個(gè)問(wèn)題的答案，科學(xué)家們首先分析了從第三紀(jì)中新世到近代以來(lái)的地球總體氣溫走勢(shì)，他們發(fā)現(xiàn)在這段歷史內(nèi)全球氣候處于寒冷化的階段，氣溫屬于下行趨勢(shì)。通過(guò)后續(xù)的推演，該研究得出了以下結(jié)論：盡管蘭花科形成新物種的概率在不同的地理劃分區(qū)域存在著絕對(duì)數(shù)量上的差異，在溫度走勢(shì)升高的前提下，該植物分類(lèi)下的生物數(shù)目總體上會(huì)有明顯的下降（圖5），意味著氣溫與蘭花多樣性演變之間存在著負(fù)相關(guān)的邏輯。而也正因?yàn)檫@段時(shí)期內(nèi)氣溫不斷下行推動(dòng)蘭花多樣性增強(qiáng)，使得時(shí)間推移與其呈現(xiàn)了表面數(shù)據(jù)上的正相關(guān)性，相當(dāng)具有誤導(dǎo)性。

圖源：PNAS

評(píng)論

保護(hù)生物多樣性的重要性毋庸置疑，但相比起空中浮云的空洞吶喊，務(wù)實(shí)的行動(dòng)更值得人類(lèi)社會(huì)的關(guān)注。而類(lèi)似這樣的研究增進(jìn)了我們對(duì)具體物種演變趨勢(shì)的理解并為未來(lái)的保護(hù)方案構(gòu)思奠定了基礎(chǔ)，因此顯得尤為必要珍貴。事實(shí)證明，即便是像蘭花這類(lèi)研究條件充足的生物，在現(xiàn)有的研究水平下也許耗費(fèi)大量的資源和時(shí)間，而生態(tài)圈的復(fù)雜程度將使得這項(xiàng)任務(wù)更加棘手。在筆者看來(lái)，飯要一口口吃：目前來(lái)說(shuō)人類(lèi)在生態(tài)保護(hù)方面的首要任務(wù)應(yīng)該是增加研究資源的投入以及盡力促成全球各國(guó)達(dá)成更實(shí)質(zhì)性的合作分工，這其中發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)該憑借它們的優(yōu)勢(shì)承擔(dān)起更重的科研責(zé)任，同時(shí)主流國(guó)際機(jī)構(gòu)也要為發(fā)展中國(guó)家的行動(dòng)提供必要的協(xié)助。筆者認(rèn)為，一個(gè)專(zhuān)門(mén)的全球性生態(tài)保護(hù)平臺(tái)的建立應(yīng)該被提上日程：在這個(gè)平臺(tái)內(nèi)各國(guó)應(yīng)相對(duì)透明地分享生態(tài)研究信息和成果，同時(shí)在這個(gè)基礎(chǔ)上討論實(shí)際的保護(hù)方向和策略。當(dāng)然，這只是一種相對(duì)理想化的構(gòu)思：結(jié)合當(dāng)下世界形勢(shì)日益緊張分裂和國(guó)際發(fā)展鴻溝的擴(kuò)大，這樣一種機(jī)制的可實(shí)現(xiàn)性以及預(yù)期的效能都蒙上了一層陰影。

編譯：譚牧遙

審核：YJ

編輯：Tommy