Eco-evolution from deep time to contemporary dynamics: The role of timescales and rate modulators

Eco-evolutionary dynamics, or eco-evolution for short, are often thought to involve rapid demography (ecology) and equally rapid heritable phenotypic changes (evolution) leading to novel, emergent system behaviours. We argue that this focus on contemporary dynamics is too narrow: Eco-evolution should be extended, first, beyond pure demography to include all environmental dimensions and, second, to include slow eco-evolution which unfolds over thousands or millions of years. This extension allows us to conceptualise biological systems as occupying a two-dimensional time space along axes that capture the speed of ecology and evolution. Using Hutchinson's analogy: Time is the ‘theatre’ in which ecology and evolution are two interacting ‘players’. Eco-evolutionary systems are therefore dynamic: We identify modulators of ecological and evolutionary rates, like temperature or sensitivity to mutation, which can change the speed of ecology and evolution, and hence impact eco-evolution. Environmental change may synchronise the speed of ecology and evolution via these rate modulators, increasing the occurrence of eco-evolution and emergent system behaviours. This represents substantial challenges for prediction, especially in the context of global change. Our perspective attempts to integrate ecology and evolution across disciplines, from gene-regulatory networks to geomorphology and across timescales, from today to deep time.     

Promises and limits of an agency perspective in evolutionary developmental biology

An agent-based perspective in the study of complex systems is well established in diverse disciplines, yet is only beginning to be applied to evolutionary developmental biology. In this essay, we begin by defining agency and associated terminology formally. We then explore the assumptions and predictions of an agency perspective, apply these to select processes and key concept areas relevant to practitioners of evolutionary developmental biology, and consider the potential epistemic roles that an agency perspective might play in evo devo. Throughout, we discuss evidence supportive of agential dynamics in biological systems relevant to evo devo and explore where agency thinking may enrich the explanatory reach of research efforts in evolutionary developmental biology.     

北部湾鱼类碳、氮、磷生态化学计量特征

为探究北部湾鱼类生态化学计量特征,于2021年3月—4月采集分析了北部湾沿岸9个渔港的79种鱼类(382尾)碳(C)、氮(N)、磷(P)含量特征。结果表明北部湾鱼类C、N、P元素含量变化范围分别为33.87%—58.34%、6.31%—14.92%和0.77%—4.67%;C∶N、C∶P、N∶P的变化范围分别为3.43—9.72、19.15—173.06和5.04—33.68,其中P元素含量变化最大,导致C∶P和N∶P的变化。不同物种在科间的差异较大,科内的差异较小。不同体型和食性鱼类之间的C、N、P含量及比值具有显著差异(P<0.05)。鱼类的C∶P和N∶P与P含量呈显著负相关(R²=0.966,P<0.01;R²=0.877,P<0.01),P含量和Ca含量呈显著正相关(R²=0.919,P<0.01),P含量的变化可能与鱼类骨骼和鳞片的形成有关。总之,北部湾鱼类未保持严格的生态化学计量平衡,鱼类生态化学计量特征存在显著的种间差异,主要因鱼类不同的体型和食性差异所致。     

武夷山常绿阔叶林乔木与灌木小枝树皮主要功能性状的趋同

树皮是维管形成层以外的所有组织,其功能性状是反映植物生态适应策略的重要研究对象。为了揭示亚热带山地乔、灌木小枝树皮功能性状特征及其关联性,采用独立样本T检验和标准主轴回归方法对武夷山19种常见木本植物小枝树皮的主要功能性状的基本特征及其相关性进行了分析。结果发现：(1)树皮厚度、树皮密度与树皮含水量在乔、灌木之间无显著差异,其均值分别为(0.78±0.06)mm、(0.58±0.03)mg/cm³和(155.07±14.16)%。树皮碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征在乔、灌木之间差异也不显著,C、N、P平均值分别为(492.43±4.25)mg/g、(8.90±0.74)mg/g和(0.61±0.06)mg/g,树皮C∶N、C∶P与N∶P平均值分别为60.76±4.17、905.53±67.36与15.19±0.84。(2)树皮性状之间存在关联,其中树皮厚度与密度、密度与含水量均呈异速生长关系,而树皮厚度与含水量、氮含量与磷含量均呈等速生长关系。乔木树皮碳含量和磷含量间、灌木树皮密度和氮含量间均呈异速生长关系,乔木与灌木各性状间关系差异不显著。结果表明...     

成渝城市群区域生态与城镇发展双网络格局分析及时空演变

协调生态网络格局与城镇网络格局是城市可持续发展的重要课题。基于2000、2010、2020年成渝城市群3期土地利用数据,应用形态空间格局分析(MSPA)、景观格局指数、景观连通性、最小累计阻力(MCR)模型等方法构建研究区生态源地与生态廊道、经济社会源地与交通廊道形成的区域生态网络格局与城镇发展网络格局,分析节点、廊道、源地、网络等“点、线、面、网”4类空间要素特征与演变趋势,探讨区域双网络格局空间关系与干扰时空变化情况。结果表明：(1)2000—2020年,研究区生态源地与生态廊道受到不同程度城镇化影响,两者总面积分别减少2660.26 km²、1169.9 km²,经济社会源地与交通廊道总面积则分别增长4324.19 km²、2392.14 km²;(2)以重庆中部、四川西南部为核心的高密度区生态关键点在2000—2020年间重心呈现先由东至西南迁移,后又向东及东北回移的趋势,数量减少了311,同时2020年生态干扰点数量达到2000年的3倍;(3)2000—2020年交通廊道对生态源地的干扰不...     

变化环境下火干扰研究进展

火是地球系统的重要过程,也是一种剧烈的环境干扰因素。火是生态系统变化的驱动力和催化剂,调节着生态系统的结构和功能,同时反馈给气候系统。近年来,世界多个国家相继爆发了历史上罕见的极端火事件,使得火干扰、气候变化和人类活动之间的相互作用关系得到了空前的关注。主要从3个方面回顾了变化环境下火干扰研究的进展,包括(1)火干扰的时空格局;(2)火干扰的驱动机制;(3)火干扰的生态效应。概括起来,遥感技术的发展使得火监测精度不断提高,对火时空格局的刻画由过去侧重火燃烧面积单一因素转向具有多重属性的火干扰体系。气候变化和人类活动共同决定着火干扰的分布格局、频率和强度,考虑气候的季节性能够提高火干扰的预测能力。火干扰调节着生态系统的草木平衡,对于生物多样性和生境的维持非常重要。此外,火干扰通过生物质燃烧释放的大量温室气体影响大气组成和空气质量,同时通过改变地表状况和陆-气相互作用来影响气候系统。正确理解气候-植被-火之间的相互作用和反馈机制有助于未来火干扰体系的预测。随着高温、大风、干旱等极端气候事件增多,未来全球大部分区域火发生的风险增加,但是人类活动可能会使火和气候之间的关系发生解耦。可持续的火管...     

大河岸线生态完整性内涵及评估方法——以长江岸线为例

大河岸线作为流域的重要生态空间,其内涵属性、空间格局和生态功能都具有显著的整体性。从岸线的陆域原真性、水陆生态渐变性、生境依存性及生物多样性等维度,分析了大河岸线生态完整性的科学内涵。结合国内外河流岸线生态评价研究,建立了大河岸线生态完整性的科学表征体系,提出各项指标评估和综合分级方法,并对长江岸线生态完整性进行了评估。结果表明,长江岸线生态完整性总体处于中等水平,从上游到下游沿岸各地市岸段生态完整性得分总体逐步降低;中上游地市岸段受到滨江湿地和洲岛发育程度及湿地保护状况等因素制约,下游地市岸段则受土地开发强度、自然岸线保有率、水陆连通性等制约。虽然中下游岸线有较高的开发程度且受长江大堤的约束,生态完整性受到明显影响,但在相同条件下生态完整性仍然有较大差异性,部分地区如铜陵段、安庆段和上海段仍保持了较高的完整性。大河岸线生态完整性的评估有助于形成既尊重自然规律、保护生态环境、保障防洪安全及供水安全,又能支撑社会经济发展、促进高效集约利用的长江生态岸线格局。     

道路建设对西南地区景观格局的影响

为揭示西南地区道路建设对景观格局的影响,基于2015年土地覆被和道路数据,计算了研究区道路核密度与景观指数,在此基础上分析了道路建设的直接、间接和综合影响,探讨了影响的空间异质性和对不同土地覆被影响的特点,指出了各景观指数的适用性。结果表明：(1)道路建设使斑块密度增加,斑块离散化加剧,发生明显的破碎化趋势,同时道路核密度与PD、SHDI、SPLIT变化百分比呈显著正相关,与COHESION、CONTAG、PAFRAC呈显著负相关;(2)道路建设对景观指数的影响程度由大到小依次表现在：破碎化、斑块空间分布形态、聚集连通性,其中PD能很好的表征道路建设对景观破碎化的作用程度,SPLIT在识别破碎化程度高的区域更具优势;(3)不同景观指数具有不同适用性,PAFRAC适用于道路不发达区域,CONTAG适用于道路分布异质性较高的区域,DIVISION适用于人类活动强度不大的区域,COHESION、SPLIT适用于探究道路及伴随的人类活动共同作用的区域,PD、SHDI在探究道路的直接作用时适用性广泛;(4)探究不同土地覆被类型受道路建设的影响,林地优先选取PD、DIVISION;草地优先选取DI...     

城市生态系统长期观测研究站及其主要任务

随着对城市人居环境质量高度关注,城市生态学越来越受到重视。城市生态系统长期观测研究站(简称城市生态站),作为能够跟踪和研究城市生态系统长期变化规律的一种研究手段,在国内外得到了较快发展。在分析国内外城市生态站的研究经验和实践过程基础上,提出了城市生态站的科学目标、研究内容和主要工作,特别就城市生态站的观测工作、模拟实验工作和社会服务的基本框架和工作内容进行了论述,可以作为城市生态站建设的设计思路。为我国新建和完善城市生态站工作提供重要指导作用。