为什么从赤道到两极物种越来越少?

作者:Louise Lerner来源:原理(ID:principle1687)发布时间:2019-09-16

只能说:物竞天择,适者生存。

为什么从赤道到两极物种越来越少?

来自弗罗里达群岛的美国海菊蛤(左)是一种热带物种,贝壳上的长刺可以抵御捕食者;北极蛤(右)只在寒冷的水域,比如如缅因州湾出现。| 图片来源:Katie Collins

在我们的地球上,到处都遍布着令人称奇的怪异生命:在日本的海岸上,有腿长3米多的螃蟹在疾走;在北美东部,有在夜晚发出光芒的蘑菇;还有那些会饮下亚马逊泥龟眼泪的蝴蝶。

然而,在自然世界中,有一条至高无上的定律,那就是在热带地区拥有非常多的不同物种,但这种数量会随着向两极的移动而急剧下降。芝加哥大学的David Jablonski教授是研究物种灭绝和生物多样性方面的著名学者,他说这一定律几乎适用于所有种类的生命,也适用于所有环境,但背后的原因却仍是大家激烈争论的焦点:“这是一个可以追溯到达尔文之前的基本问题。”

Jablonski的目标是了解生物多样性,这是一个具有重大利害关系的课题,比如它关系到物种将如何适应气候变化这类问题。

Jablonski对软体动物的研究塑造了这个领域。一般来说,这类科学家所研究的课题要么是针对物种的形态(生物体的身体形态),要么是针对它们的功能(生物体的生存方式)。例如,一个蛤蜊的壳可以是多刺的,也可以是光滑的;它能以海岸沉没的圆木为食,也可以依靠在潮滩过滤浮游生物为生。每种不同的研究角度都能让我们获取一些关于进化、生态位以及生物多样性模式的不同信息;但每种方式都非常复杂,因此很少有人将它们一起进行研究。Jablonski认为,应该将这两种角度结合起来,或许就能产生重要的见解。

最近,他的实验室在两项研究中都采用了这种方法,通过结合其他专家学者的力量,他们以一种创新的方式研究了生物多样性从热带到两极的转变。

在第一项研究中,他们与鸟类生物学家Trever Price教授合作,比较了Jablonski的软体动物数据与Price对鸟类的洞见。

在热带鸟类中,有的生存方式可以养活许多种物种,例如,许多鸟类都以树枝上的昆虫为食;而还有一些生存方式只能养活少数几种物种。这种模式一直持续到中纬度地区,但之后就存在一个明显的临界点,让动物们赖以生存的方式减少,并且这些方式之间的不均匀分布也会减少。

Jablonski发现,这种模式也出现在软体动物中。这一结果让所有人都大吃一惊。这意味着我们所看到的物种受到一种更高阶的控制,这种控制可大规模地运行于全球范围,包括陆地和海洋。

这种理论认为,在热带地区,物种之间有更大的空间进行精细专化——在环境中的某个部分,例如森林中树冠高处的树枝上,不仅有只吃种子的鸟类,而且还有只吃一种种子的鸟类。但随着纬度的增加,气候变得越来越季节性,生存也变得越来越难,成为专化物种的可能性也就越来越小。

Jablonski说,这是关于生物多样性如何工作的新发现,它可能会对随气候变化的进展而出现的情况产生影响。例如,那些攻击我们所在意的作物与植物的寄生虫会发生些什么?随着天气的变暖,将会有一些能集中攻击特定宿主的物种出现。

第二篇论文是由博士后研究员Katie Collins领导的研究,他们的研究重点是用技术来分析从热带到极地,软体动物的形态是如何转变的。

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%的物种样本,并因此得到了一组珍贵的三维图像。大多数研究都只针对壳层的长度和高度,但这显然不是它们的全部面貌。第三维度为我们带来了一层新的理解。

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 佛罗里达群岛和缅因湾的研究区域图。上面一排是高纬度地区的贝壳,与下面一排靠近赤道的颜色鲜艳的贝壳相比,高纬度地区的贝壳更光滑、更平坦。| 图片来源:Katie Collins

当你走过佛罗里达群岛的海滩时,你的眼睛会被色彩鲜艳、形态各异的大贝壳所吸引。但在科德角以北,就再也看不到这种景象,那里的贝壳都是光滑平坦的,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。

然而科学家发现情况并非如此。Collins说:“我们发现,原来到处都有这种普通的贝壳,热带贝壳实际上是普通贝壳和那些奇特贝壳的混合体;当你越往北走,这些漂亮的奇特贝壳就会从混合物中慢慢退出。所以个体物种并不会为了适应新的环境而改变;而是各种各样稀奇古怪的东西会渐渐都退出。”

Jablonski说:“高纬度的气候似乎会缩小贝壳类生物的生存范围,而有的谱系可以说已经被冻结了。”随着气候和环境的持续改变,这对人类也会产生影响。

Collins说:“这表明,在应对高纬度地区更恶劣的环境问题上,大多数动物更有可能选择了中途退出,而不是去适应。这或许会以一种非常真实的方式影响人类。双壳类动物在渔业中扮演着重要的角色,我们无法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,或者离开它们本可进入的渔场。”

软体动物是科学家们喜爱的一种研究对象,因为它们的外壳很容易变成化石。目前的这两项研究针对的都是现代物种,接下来科学家将要将把目光投向化石。例如他们将要研究,随着时间的推移,这些奇特谱系是变化得更快,更容易灭绝,还是更稳定。

Jablonski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,这些差异告诉了我们一些新的关于塑造地球生命的力量的情况。”

原标题:为什么赤道的物种比两极的多?


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