地质和气候如何影响生物多样性 | 海洋与湿地·前沿

作者：中国绿会发布时间：2024-10-08

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热带雨林是地球上生物多样性最丰富的栖息地。它们是大量不同植物、动物、真菌和其他生物的家园。这些森林主要分布在三大洲，集中在南美洲的亚马逊盆地、中非的刚果盆地和东南亚的广大群岛。

摄影：Joys ©️ 绿会融媒·海洋与湿地工作组

由于热带雨林气候稳定、温暖湿润，而且位于赤道附近，因此似乎所有热带雨林的物种多样性都差不多，但事实并非如此。与南美洲和东南亚相比，非洲潮湿热带雨林中许多生物类群的物种数量要少得多。

棕榈树种类分布

棕榈树种类分布不均是一个很好的例子，研究人员称之为泛热带多样性差异：在全世界2500种棕榈树中，有1200种分布在东南亚地区，800种分布在南美洲的热带雨林中，但只有66种分布在非洲的热带雨林中。

对于为什么会出现这种情况，生物多样性研究人员对此争论不休。有证据表明，目前的气候是非洲热带森林物种多样性较低的原因。非洲热带的气候比东南亚和南美洲更加干燥和凉爽。

其他证据表明，这三个热带森林地区数千万年来的不同环境和构造历史对不同程度的生物多样性产生了影响。例如，这些环境变化包括山脉、岛屿或干旱和沙漠地区的形成。

然而，很难区分当前气候和环境历史这两个因素。

山区建设带来多样性

苏黎世联邦理工学院景观生态学教授Loïc Pellissier领导的研究人员利用一个新的计算机模型对这一问题进行了研究，该模型可以模拟数百万年进化过程中的物种多样性。他们得出的结论是，目前的气候并不是非洲雨林生物多样性较低的主要原因。相反，生物多样性是在山区建设和气候变化的动态变化中产生的。历史模拟的结果与今天观察到的生物多样性分布模式基本吻合。

Pellissier说：“我们的模型证实，古环境动态的差异造成了生物多样性的不均衡分布，而不是当前的气候因素。地质过程以及全球温度波动决定了物种出现或灭绝的时间和地点。”

有一个因素对一个大陆的生物多样性至关重要：地质动态。活跃的板块构造促进了山脉的形成（如南美洲的安第斯山脉）和群岛的出现（如东南亚）。这两个过程产生了许多新的生态位，进而产生了许多新物种。另一方面，非洲雨林带在过去1.1亿年中的构造活动较少。此外，它的面积相对较小，因为它的北部和南部与旱地接壤，限制了它的扩散。Pellissier指出：“潮湿地区的物种很难适应周围旱地的干燥条件。”

地质活跃的大陆产生更多的生物多样性

ETH研究人员开发的gen3sis模型最近发表在PLoS Biology杂志上。该模型是一个机制模型，其中包含地质和气候等主要限制因素以及生物机制，生物多样性模式可在此基础上实现。要模拟生物多样性的出现，最重要的过程是生态学（即每个物种都有自己有限的生态位）、进化、物种分化和扩散。Pellissier指出：“有了这四条基本规则，我们就能模拟生物在不断变化的环境条件下的种群动态，并很好地解释生物是如何产生的。”

通过在这些基本进化机制的基础上建立模型，研究人员可以模拟物种多样性，而无需输入每个物种的（分布）数据。不过，该模型需要考虑到各大洲的地质动态数据，以及气候重建中的湿度和温度数据。

研究人员目前正在完善该模型并进行模拟，以了解中国西部山区等其他物种丰富地区生物多样性的出现。该模型的代码和古环境重建都是开源的。所有感兴趣的进化和生物多样性研究人员都可以利用它来研究世界不同地区生物多样性的形成。