生物多样性理论最新进展

生物多样性是生态系统复杂性的重要特征, 理解多样性的形成和维持机制一直是理论生态学研究的核心议题。本文从三方面概述了生物多样性理论的最新进展。一是物种共存和群落构建, 总结了现代共存理论和基于过程的群落构建理论的新进展。二是物种相互作用, 综述了利用经验数据推断物种相互作用关系和强度的最新方法。三是生态-进化动态, 介绍了生态-进化模型的一般框架及其在生物多样性研究中的应用。最后对生物多样性理论的发展趋势做了展望, 特别是多尺度整合理论和全球变化下的预测理论。     

生物多样性与生态系统多功能性的关系研究进展

生物多样性与生态系统功能关系是生态学研究的热点之一,以往研究多关注生物多样性与单一生态系统功能之间的关系,然而生态系统能够同时提供多种功能和服务即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF),仅考虑单一生态系统功能会低估生物多样性的重要性。近年来,EMF研究的重要性受到更多重视,生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)关系成为生态学研究新的热点。梳理近15年的研究发现,不同维度、不同尺度的单一或多营养级生物多样性均会对EMF产生显著的影响,并且在全球变化的背景下,自然干扰与人为干扰均会影响生物多样性与生态系统多功能性从而改变BEMF关系,EMF测度方法的差异也可能导致BEMF关系的不一致。生物多样性维度(尺度)选择的局限、不同EMF测度方法的认知差异、BEMF时空数据库的缺乏以及BEMF关系研究方法的单一等问题阻碍了BEMF关系的深入探究。未来研究应对现有测度方法进行深入比较并发展通用的新方法,深入探究多维度、多尺度生物多样性对EMF影响的综合作用。此...     

土壤生态系统微生物多样性-稳定性关系的思考

自20世纪50年代以来,生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学中重点讨论的理论问题之一.在当今人类活动对自然生态系统产生重大影响的情况下,全面理解生态系统多样性与稳定性的关系,有助于我们更好地应对环境变化和生物多样性丧失等生态问题.在陆地生态系统中,关注重点多集中在地上植物生态系统;而对地下生态系统,尤其是对微生物多样性与系统稳定性关系的研究尚重视不够.事实上,土壤微生物作为生命元素循环的驱动者,主导和参与地下生态系统中一系列重要生态过程,对土壤能否正常有序地执行各项生态功能至关重要.对土壤微生物多样性的研究,能使我们明确土壤中微生物对各种环境条件(包括自然和人为因素)变化的响应机制,更好地维持土壤生态系统的稳定性及其生态服务功能.本文在介绍土壤微生物多样性概念、研究方法、地下生态系统稳定性的基础上,重点讨论了土壤微生物多样性对土壤生态系统稳定性的影响,对多样性-稳定性关系在土壤微生物生态学中的应用进行了较为深入和全面的思考.作者提出,土壤微生物系统是一个动态变化的自组织系统,通过遗传来维持其组成和结构的相对稳定性,通过变异而适应外界干扰,共同构成土壤微生物系统的抵抗力(resistance)和恢复力(resilience),维护土壤生态系统的稳定性.今后土壤微生物多样性-稳定性关系的研究,需要注重地上与地下生态系统的结合与统一,借鉴宏观生态学理论来构建微生物生态学的理论框架,建立微生物多样性-稳定性关系的机理模型,从定性描述向定量表征方向发展.     

生物多样性不同层次尺度效应及其耦合关系研究进展

生物多样性包含遗传、物种、生态系统和景观多样性4个层次,虽然各个层次的研究较多,但是各层次间相互关系的研究较少。物种多样性多采用野外样方调查法,景观多样性采用遥感、地理信息系统和野外调查,研究方法较为成熟;生态系统多样性研究因生物地理地域和尺度的不同,常采用不同的分类体系,尚无统一评估标准。物种多样性的尺度效应在α、β、γ指数上均有不同体现,景观多样性的尺度效应非常明显。生境异质性与物种α和β多样性指数密切相关,在一定尺度上,丰富的景观多样性提高了物种多样性。未来研究需要揭示不同生物多样性层次之间的耦合关系,并将研究结果应用到生态系统红色名录制定、区域生物多样性综合监测与评估等实践之中。     

中国生物多样性与生态系统服务评估指标体系

生物多样性和生态系统服务评估是生态系统管理与决策制定的重要依据,指标体系是开展评估的主要工具。中国在生物多样性与生态系统服务评估指标体系建设方面,由于没有形成统一的指标体系和技术方法,导致不同区域间的评估结果可比性差,区域和国家尺度上的集成研究难以开展。因此,构建一套适用于中国国家尺度的科学化、系统性和规范化的生物多样性和生态系统服务评估指标体系,便成为当前迫切需要研究解决的问题。本文参考国内外生物多样性与生态系统服务评估的主要研究成果,在充分考虑"生物多样性—生态系统结构—过程与功能—服务"级联关系基础上,建立了生物多样性与生态系统服务评估指标体系构建的主要原则,构建了中国生物多样性与生态系统服务评估指标体系。     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)研究进展

生物多样性与生态系统功能的关系(BEF)及其内在机制是当前生物多样性研究领域的热点问题。长期以来,以草地生态系统为主的BEF研究积累了大量研究成果,而基于森林生态系统的相关研究则相对较少。亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)是目前包含树种最多、涉及多样性水平最高的大型森林控制实验样地。该文总结了基于BEF-China平台的研究进展,特别是生物多样性对生态系统生产力、养分循环以及多营养级相互作用关系等方面的影响,并提出了未来BEF-China的研究应注重高通量测序和遥感等新兴技术的应用,在生物多样性的多维度、生态系统的多种组分与多种功能以及BEF研究的多种尺度等交叉方向上持续开展深入研究。针对BEF-China研究成果的梳理有助于理解驱动亚热带森林生物多样性与生态系统功能关系的内在机理,为生物多样性保护和生态修复提供科学依据。     

生物多样性与生态系统稳定性研究进展

生物多样性和生态系统稳定性之间的关系是生态学的热门话题。围绕这一主题,文章回顾了其研究历史及学术界的不同观点,阐述了目前在理论和实验领域的主要工作结果、研究进展和存在问题。理论方面,由于生物多样性和生态系统稳定性的概念是复杂而多层面的,导致二者之间的关系仍然是复杂多样的。实验方面,已有实验仅仅强调了少数几种类型的多样性和稳定性,对多样性—稳定性关系的揭示有限。在生物多样性和生态系统功能的研究中,重要的不只是结论,还应包括其中所隐含的机制。未来的主要挑战是搞清生物多样性动态、生态系统过程和无机因子如何相互作用。     

生物多样性与稳定性机制研究进展

随着全球生物多样性的迅速丧失,生物多样性与生态系统稳定性的关系已成为人类面临的重要科学问题。许多研究表明生物多样性与稳定性存在正相互关系,但其内在机制尚不能被很好地理解并且存在争议。对生物多样性与稳定性的研究历史做简短的回顾,然后根据时间稳定性的计算方法将时间稳定性分为平均值、方差之和以及协方差之和3个统计组成部分,在此基础上对现在常见的生物多样性-稳定性机制进行分类和详细介绍。并对现在生物多样性和稳定研究的争论进行总结。建议未来生物多样性稳定性关系的研究应该建立更加综合的理论,增加实验时间,应用整合分析(meta-analysis)对已发表实验结果进行综合分析,此外,应多关注非生物量/多度的属性,控制物种属性而不是仅仅控制物种的数量。     

生物多样性和生态系统功能研究综述

生物多样性和生态系统功能之间关系 ,是生态学和环境科学的热门话题。围绕这一主题 ,文章系统回顾了近 2 0年来的研究历史及学术界的不同观点 ,全面展示了目前在理论和实验领域的主要工作结果和研究进展 ,并对今后的发展趋势和面临的挑战作了展望。理论和实验研究都表明 ,生物多样性趋于与生态系统功能 (稳定性 )呈正相关性 ,但是多样性并非是这种关系的直接驱动力。生态系统功能 (稳定性 )潜在地依赖于物种之间相互作用的强度 ,物种的功能反应特性以及生态系统的类型和尺度等。在生物多样性和生态系统功能的研究中 ,重要的不只是结论 ,还应包括其中所隐含的机制。     

Evolution at the system level: the natural history of protein interaction networks

Recent work leading to new insights into the molecular architecture underlying complex cellular phenotypes enables researchers to investigate evolutionary processes in unprecedented detail. Protein interaction network data, which are now available for an increasing number of species, promise new insights and there have been many recent studies investigating evolutionary aspects of these interaction networks, from mathematical studies of growing networks to detailed phylogenetic surveys of proteins in their interaction network context. Here, we review the spectrum of such approaches, and assess issues associated with analyzing such data from an evolutionary perspective. Currently, such analyses are statistically challenging, but could link present initiatives in systems biology with results and methodologies that have developed in evolutionary biology over the past 60 years.     

结构稳定性: 概念、方法和应用

群落内物种间相互作用的结构是高度组织化的。群落结构对多物种共存的影响机制是群落生态学的核心科学问题之一。目前生态学界在这一问题上存在多种不同的观点。一个可能的原因是, 由于环境因子的复杂性, 大部分研究忽略了环境因子对群落结构和物种共存的重要影响。在这一背景下, 近期发展起来的结构稳定性理论系统地联系了群落结构、环境因子和物种共存, 并在此基础上建立了一个和经验数据紧密结合的理论框架。本文首先简要回顾了当前关于群落结构研究的争鸣, 然后介绍了结构稳定性的理论框架和计算方法, 最后详细介绍了结构稳定性理论在不同生态群落和不同生态学问题中的应用。在全球气候变化的背景下, 结构稳定性理论提供了一种新的视角来理解群落层面的生物多样性维持机制。     

Frontiers in research on biodiversity and disease

Global losses of biodiversity have galvanised efforts to understand how changes to communities affect ecological processes, including transmission of infectious pathogens. Here, we review recent research on diversity–disease relationships and identify future priorities. Growing evidence from experimental, observational and modelling studies indicates that biodiversity changes alter infection for a range of pathogens and through diverse mechanisms. Drawing upon lessons from the community ecology of free‐living organisms, we illustrate how recent advances from biodiversity research generally can provide necessary theoretical foundations, inform experimental designs, and guide future research at the interface between infectious disease risk and changing ecological communities. Dilution effects are expected when ecological communities are nested and interactions between the pathogen and the most competent host group(s) persist or increase as biodiversity declines. To move beyond polarising debates about the generality of diversity effects and develop a predictive framework, we emphasise the need to identify how the effects of diversity vary with temporal and spatial scale, to explore how realistic patterns of community assembly affect transmission, and to use experimental studies to consider mechanisms beyond simple changes in host richness, including shifts in trophic structure, functional diversity and symbiont composition.     

Biodiversity in the context of ecosystem services: the applied need for systems approaches

Recent evidence strongly suggests that biodiversity loss and ecosystem degradation continue. How might a systems approach to ecology help us better understand and address these issues? Systems approaches play a very limited role in the science that underpins traditional biodiversity conservation, but could provide important insights into mechanisms that affect population growth. This potential is illustrated using data from a critically endangered bird population. Although species-specific insights have practical value, the main applied challenge for a systems approach is to help improve our understanding of the role of biodiversity in the context of ecosystem services (ES) and the associated values and benefits people derive from these services. This has profound implications for the way we conceptualize and address ecological problems. Instead of focusing directly on biodiversity, the important response variables become measures of values and benefits, ES or ecosystem processes. We then need to understand the sensitivity of these variables to biodiversity change relative to other abiotic or anthropogenic factors, which includes exploring the role of variability at different levels of biological organization. These issues are discussed using the recent UK National Ecosystems Assessment as a framework.     

农业景观异质性对生物多样性与生态系统服务的影响研究进展

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地,农业景观及其提供的生物多样性和生态系统服务是影响人类福祉的最主要因素之一。系统梳理了景观异质性变化对生物多样性和生态系统服务影响的相关研究,总结指出:(1)农业景观格局变化会强烈的影响着区域生物多样性和生态系统服务,但总体上更关注了空间异质性,对于时间和功能异质性的研究仍需加强;(2)尺度效应、大尺度上景观背景的差异、种间差异、营养级联效应等会对景观异质性和生物多样性、生态系统服务间的关系产生显著的、综合的、交互的影响效应。未来区域农业景观中如何通过景观构建和管理措施的施行来确保生物多样性与生态系统服务供给的持续稳定仍需进一步加强以下内容的研究:景观异质性变化在时间上和功能上的影响效应及其阈值的探讨;跨尺度、多因素、多物种类群与多生态系统服务的综合及其交互作用;不同生物类群和不同生态系统服务间的权衡;景观异质性提高与有效生境面积下降及其引起的生物随机丧失间的权衡等问题。     

土地利用与生物多样性绩效研究及对风景园林规划的借鉴

在当今世界土地资源极度紧缺的大背景下,研究不同土地利用情景下的生物多样性,评估其达到生物多样性预期目标的能力,已成为土地规划领域的重要研究方向,具有重要的理论研究意义和实践价值。本文在大量文献研究的基础上,简要分析了土地利用对生物多样性的作用机理,详细总结了土地类型组成、土地利用连接度、土地利用强度与土地利用聚合度4个关键性因子对生物多样性绩效影响的研究现状。针对现有研究进展,从多样性指标、生态机制、时空异质性、参与情景模拟、非线性系统规律5个方面阐述了如何进一步完善土地利用与生物多样性的研究内容。研究结果表明,土地利用与生物多样性绩效的关系符合复杂适应性系统在风景园林规划中运用的规律,满足构建研究规划协同实践的概念性框架。进而重点从引导以生物多样性保护为重要目标的用地控制策略、建立多尺度一体化的生物多样性保护格局、发挥不同尺度蓝—绿网络体系的载体作用、构建区域层面的生物多样性发展骨架、提高城市环境下生物多样性的引导措施、推进不确定性规划减少决策风险6个方面提出了土地利用—生物多样性绩效关联分析对风景园林规划中可资借鉴的思考。     

What we have learned about prokaryotes from structural genomics

Five years ago systematic determination and theoretical analysis of all protein structures encoded in model prokaryotic organisms was proposed as a powerful way to obtain new insights into protein function and the variety of protein folds. What has been the pay-off from studying structures in genomic context? Have we learned anything new about protein structure? Can we now predict protein function better? In this contribution, I summarize the status of large-scale structure determination projects on prokaryotes and provide an overview of the main results obtained from experimental and theoretical studies in this dynamic research field.     

生物多样性与传染性疾病的关系: 进展、挑战与展望

在全球生物多样性快速丧失的背景下, 理解生物多样性如何影响传染性疾病风险具有重要意义。大量研究表明, 宿主多样性对传染性疾病可能存在稀释效应(即疾病风险随宿主生物多样性的增加而降低), 但是也有放大效应或者没有影响的证据。本文首先介绍了关于生物多样性与传染性疾病关系的研究进展, 以及该领域的热点研究问题, 包括宿主多样性-疾病关系的格局和空间依赖性、稀释效应的体系依赖性和系统发育稀释效应等。随后,介绍了相关研究伴随的争议和批判, 主要集中在: 稀释效应发生的普遍性、生物多样性-疾病关系实验研究的发表偏好性以及部分疾病生态学家对生物多样性和传染性疾病之间简单数字关系的过分关注。最后指出稀释效应与物种共存、全球变化对稀释效应的影响、进化与稀释效应、稀释效应在政策制定中的应用等领域可能是今后的主要研究方向。