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为什么赤道上有这么多物种 而极地那么少

2019-09-01 17:09:42

地球上到处都是奇怪的生命形态 - 在日本海岸蜿蜒的12英尺长的螃蟹,在北美东部夜间发光的蘑菇,以及喝着亚马逊海龟眼泪的蝴蝶。

然而,在世界上所有的自然王国中,有一条规则至高无上:热带地区有许多不同的物种,但当你向极地移动时,它们的数量急剧下降。“这在几乎所有类型的生活和各种环境中都适用,但其原因仍然存在激烈争议,”芝加哥大学消灭和生物多样性大学的David Jablonski教授说。“这是一个在达尔文之前可以追溯的根本问题。”

Jablonski的目标是了解生物多样性,风险很大 - 包括物种如何适应气候变化。

喜欢Jablonski的科学家 - 他们对软体动物的研究塑造了这个领域 - 传统上研究了物种的形式(生物体的形状)或其功能(它的生存方式)。例如,蛤壳的外壳可以是多刺的或光滑的,它可以通过在海岸上吃下沉的原木或通过过滤潮滩中的浮游生物来谋生。每种观察动物的方式都会告诉你关于进化,生态位和生物多样性模式的不同之处; 但是每一个都是如此复杂,以至于它们很少被一致地研究。Jablonski认为整合这两者可以产生重要的见解。

他实验室最近的两项研究采用了这种方法,将力量与其他专家结合起来,以创新的方式研究从主题到极点的多样性转变。

在第一项研究中,他们与鸟类生物学家Trevor Price教授合作,将Jablonski的软体动物数据与Price的鸟类见解进行比较,了解世界各地的物种如何生活在不同的环境中。

在热带鸟类中,一些生活方式充满了物种 - 例如在树枝上吃昆虫的地方 - 其他人只支持少数。这种模式在纬度的中途持续存在,但随后有一个明显的临界点,谋生方式的数量和它们之间的不均匀分布下降。

对于软体动物来说,情况也是如此。“这一结果打败了我们的集体袜子,”Jablonski说,他是地球物理科学的William R. Kenan Jr.杰出服务教授。

“对于动物来说,你与鸟类和双壳类动物没什么不同,但你会看到这种惊人相似的模式,”两位论文的博士后研究员和联合第一作者斯图尔特伊迪说。“这通常意味着我们正在研究一种在地球上大规模运行的高阶控制,无论是陆地还是海上。”

理论是,在热带地区,物种之间有更多的精细规模专业化空间 - 不仅仅是吃种子的鸟类,而是只吃一种种子的鸟类,环境的一部分(森林树冠高处,例如)。但随着自由度的增加,气候变得更加季节性,更难以生存,成为专家也不太可行。“许多生活方式仍然存在;你只需吃各种种子,或生活在树冠的任何地方,”Jablonski说。

他说,这是关于生物多样性如何发挥作用的新事物,它可能会影响气候变化进展过程中的情况。“例如,寄生虫会袭击我们关心的作物或植物会发生什么 - 物种将会到来,因为它会变暖,可以集中在特定的寄主上,”他说。

由博士后研究员Katie Collins领导的第二篇论文转向技术,分析软体动物的形态如何从热带变为极地。

他们使用微型CT扫描仪扫描佛罗里达群岛和缅因湾发现的所有物种中95%的样本,产生了三维图像的宝库。柯林斯说,大多数研究只是与贝壳的长度和高度有关,“但这不是全局。” “第三个维度增加了一层新的理解。” 芝加哥菲尔德博物馆的无脊椎动物学馆馆长兼UChicago进化生物学委员会成员共同作者RüdigerBieler补充说:“现在,我们可以将硬数字放在贝壳形状上,而我们之前只有普遍的印象。”

当你去佛罗里达群岛的海滩时,你的眼睛会被那些带有刺,脊和旋钮的大而鲜艳的贝壳所吸引。但在科德角北部,你找不到那些。贝壳都是光滑的,平坦的,通常很小,乍一看似乎表明物种形态发生了巨大变化。

但这并不是科学家发现的。柯林斯说:“事实证明,到处都是普通的贝壳。热带贝壳实际上是平原和花式物种的混合物;当你向北走时,花哨的贝壳就会从混合物中掉出来。所以个别物种并没有改变为了适应新的条件,所有花哨的东西都会退去。“

“看起来高纬度的气候会缩小可行的贝壳形态范围,而且有些谱系会被冻结,可以这么说,”贾布隆斯基说。

这对人类也有影响,因为它们会继续改变气候和环境。

柯林斯说:“这表明大多数动物更容易辍学,而不是适应高纬度地区更严峻的条件。” “这可能会以非常真实的方式影响人类。双壳类动物在渔业中扮演着巨大的角色,我们不知道我们最喜欢吃的东西,如牡蛎,扇贝或贻贝,是否会消失或迁出随着气候的变化,他们可以到达的渔场。“

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,因为他们的贝壳容易被化石化。)“例如,我们想知道花哨的谱系是否会随着时间的推移更快地翻转,更容易灭绝,或者它们是否稳定,”柯林斯说。

“总的来说,这些新的研究表明,生物多样性的不同维度并不是在全球范围内一起变化,而不匹配告诉我们关于塑造地球生命的力量的新事物,”Jablonski说。

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