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從時空維度追蹤亞馬遜地區生態進化

亞馬遜


從時空維度追蹤亞馬遜地區生態進化

一個跨學科研究小組綜合了亞馬遜地區實地調查研究數據，以及綜合數字存貯信息，旨在繪制出該地區的時空地圖 。
在美國自然歷史博物館（AMNH）一個寒冷的標本儲藏室里，Joel Cracraft打開一個柜子，緩慢拉出幾只托盤 。其中兩只裝滿了精致的、手掌大小的黃鶯標本，這些黃鶯來自亞馬遜雨林 。另一只托盤則裝滿了各種紅頭侏儒鳥 。其他的盤子里裝的是它們的近親，金頭侏儒鳥 。
這兩種侏儒鳥之間的差別似乎只是雄鳥冠羽的顏色存在不同 。但是它們從未在一個地方被同時發現 。紅頭侏儒鳥生活在亞馬遜河以南，而金頭侏儒鳥則生活在以北地區 。
AMNH鳥類館館長Cracraft表示 ， 這一模式是如何出現的至今仍是謎 。科學家尚不清楚，何種因素促使這些鳥演化出不同顏色的冠羽，更不用說它們是何時開始分離的，或者這條河流將它們分隔開的精確時間是什么 。他們也不知道這些鳥、沿河生長的植物以及動物是如何適應亞馬遜氣候的 。
總之 ， 科學家不知道亞馬遜雨林及其絕妙的生物多樣性是如何來的 ?！白允贾两K這都是一個大問題 ?！泵绹Ｒ虼闹行纳鷳B學家Thomas Lovejoy說 ， Lovejoy已經在亞馬遜地區工作了超過45年 。
現在，來自巴西和美國的一個跨學科研究小組試圖找出答案 。這個被稱為“亞馬遜生物多樣性維度”的項目旨在創建一個亞馬遜“四維進化圖集” 。通過集合來自地質學、進化生物學、DNA分析和氣候模型等各領域的數據 ， 該研究團隊計劃追蹤亞馬遜地區的生物多樣性和環境情況，從時空維度上理解它們是如何相互作用和進化的 。
反復無常的地區
巴西圣保羅大學植物學家Lúcia Lohmann說，多年來，生物學家認為，亞馬遜地區豐沛的植物和動物物種意味著這里的雨林是一個古老且穩定的生態系統—— 一座生態“博物館”，有“更多時間積攢更多物種” 。
但是Lohmann及其同事稱，地質學證據表明，這一地區有一個非常不穩定的歷史 。大約1700萬年~1100萬年前，第三紀中新世中期 ， 亞馬遜流域覆蓋著濕地的分支系統 。在某一時期——具體何時還有爭議，湖水開始向東流去 ， 最終流入大西洋，形成了亞馬遜河 。
Lohmann表示，隨著濕地消失成為森林 ， 人們今天看到的亞馬遜地區的生物多樣性開始成形 。DNA測序和其他進化數據顯示，該地區并不是一個環境博物館，而是被Lohmann所稱為的生物“搖籃”，在這里，大量的物種開始分化 。
這樣一來，美國密蘇里植物園古植物學家Alan Graham提到 ， 現在科學家“需要一套完整的新解釋”來說明該地區的生物多樣性的相關問題 。由美國政府出資200萬美元，與巴西圣保羅州——也提供相應支持——聯合實施的啟動于2012年9月持續5年的新項目，正是要找出這些解釋 。
荷蘭阿姆斯特丹大學地質學家Carina Hoorn表示 ， 要理順亞馬遜地區復雜的歷史，需要來自許多學科的科學家共同工作 。Hoorn參與了歐洲和巴西聯合項目CLIM-AMAZON，該項目啟動于2011年，主要收集當地氣候和環境歷史數據 ?！皟H關注單一領域，例如地質學或進化生物學，是遠遠不夠的 。”她說，“人們確實需要一個綜合的、跨學科的方法來考察它 ?！?br /> 隔河相望
Cracraft的侏儒鳥就為此類戰略如何工作提供了一個例證 。他說：“如果你正在研究亞馬遜地區的鳥類 ， 你可能通過每只AMNH侏儒鳥標本的位置數據發現，金頭鳥和紅頭鳥之間有一條明顯的南北分割線 。如果將相關數據導入該地區的水域地圖，你能清晰地看到分離它們的正是亞馬遜河 。精確了解這兩種侏儒鳥在多久前開始分化，將為知曉該河流何時成為主要水道提供很好的線索 ?！?br /> Cracraft還補充道，“這也正是相關項目的目標之一 ， 試著分層梳理亞馬遜地區的歷史及其生物區” 。
該跨學科小組還計劃完成亞馬遜地區所有的鳥類、靈長類、蝴蝶以及兩種植物的類似的映射過程 。Lohmann解釋道，“首先，我們只是想弄清楚生物多樣性的一般格局，并找出它們是如何與環境特征相關聯的” 。Lovejoy說 ， 這樣一個項目是“一種遲到的渴望” 。
盡管博物館的標本對維度項目十分重要 ， 但是其包含的很多信息并不容易使用，因為它們并沒有在線可用 。建設數字檔案館也是該項目的主要目標之一 。相關研究小組計劃創造一個綜合的、能夠自由訪問的數據庫，其中包括樣品是何時何地以及如何獲得的，任何人都能使用這些數據分析該地區的生物多樣性 。
“關鍵是使這些數據可以比較，這樣我們能夠將資料聯系起來，并分析更大的數據集 ?！盋racraft說 。Lovejoy預測道，如果這能夠成功，“人們將很快能看到之前很難得出的模式和問題答案” 。
精確坐標
在該項目的第一年里，研究人員主要關注于為博物館和植物標本館的樣本增加精確地理坐標 。同樣參與該項目的紐約植物園植物標本館館長Barbara Thiers提到，地理位置是縱貫從植物到鳥類再到靈長類等各種生物的共性因子 。她說，在手持式全球定位裝置出現之前，“收藏家無法常規記錄標本的（經緯度）信息” 。
于是維度研究小組盡可能重建了標本地理坐標，試著與收藏家原始記錄提及的地點相匹配 。他們主要采用查閱地名詞典等地理學名錄、使用紙質地圖，甚至追溯收藏家的路線等方式進行探索 。
一些模型能夠串聯成行 ， 例如植物及其授粉者的分布規律，同時也有其他生物出現奇怪的分歧 。例如亞馬遜鳥類似乎無法飛越河流，這就意味著科學家經常在河流兩岸發現非常不同的鳥類物種 。但是Lohmann說，一些植物“似乎能夠越過河流” 。雖然河流的形成可能是亞馬遜盆地鳥類進化的背后推手，但研究人員還需要找出，植物是如何被隔絕并進化成彼此不同的物種的 。
地圖集坐標不僅能揭示物種是如何分布的 ， 也能展現收藏家過去的關注方向 。亞馬遜地區大部分的野外工作都是沿著主要河流或附近城市進行的 。但是僅在數個地點采集標本，無論面積多廣泛，都不能保證代表性樣本的多樣性——尤其是因為亞馬遜物種對其生活區域非常挑剔 。
“人們看到的主要是那些精巧、漂亮，與眼睛差不多高的東西，這些也很容易獲得 。”瑞典哥德堡大學進化生物學家Alexandre Antonelli說 。Lohmann也表示 ， 這樣能夠扭曲結論 ， 以及給正在進行的研究帶來偏見 。
【從時空維度追蹤亞馬遜地區生態進化】“我們通常會追溯到收集標本最集中的地區，并將其作為生物多樣性的中心，這是因為數據集不允許我們充分比較各個地區 。”她說 。如果維度圖集能夠揭示已經充分研究的地區和物種，它將幫助科學家找到未采集過樣本的地區，以確定未來野外工作的目的地 。
Lohmann也承認，跨學科項目并不容易 。未參與維度項目的Graham也同意 ， 隨著項目的推進 ， 研究領袖“與其他專家，尤其是持不同意見的人，能夠密切合作” ， 十分必要 。
例如維度項目參與者與CLIM-AMAZON的科學家對一些該地區的基本問題，尤其是亞馬遜河的年齡，持不同觀點 。Hoorn表示，她很歡迎彼此討論 ?！叭藗兒献鞯酶?，所得結論也會更正確 ?！彼f 。
盡管維度項目關注亞馬遜的歷史 ， 但它也可能幫助科學家和政策制定者保護越來越危險的生態系統 。例如，地圖集會標明新物種可能進化的地區 。美國國家科學基金會維度項目經費主管George Gilchrist提到，保護生物多樣性熱點地區，能夠鼓勵這些亞馬遜“居民”適應氣候變化 。（中國科學報 張章）