气候变化对马尾松潜在分布影响预估的多模型比较

物种分布模型被广泛应用于评估气候变化对物种分布的影响。随着计算机和统计学的发展, 模拟物种分布的模型层出不穷, 但对这些模型的相对表现知之甚少, 因此需要对其进行对比分析, 以便更可靠地评估气候变化的影响。该文采用3个比较新颖的组合集成学习(ensemble learning)模型(随机森林(random forest, RF)、广义助推法和NeuralEnsembles)、3个常规模型(广义线性模型、广义加法模型和分类回归树)、3个大气环流模型(global circulation model, GCM) (MIROC32_medres, JP; CCCMA_CGCM3, CA; BCCR-BCM2.0, NW)和一个气体排放情景(SRES_A2), 模拟分析了马尾松(Pinus massoniana)历史基准气候(1961-1990)和未来3个不同时期(2010-2039, 2020s; 2040-2069, 2050s; 2070-2099, 2080s)的潜在分布。基于环境阈值方法选择物种不发生区, 依据ClimateChina软件进行当前和未来气候数据的降尺度处理, 采用接收机工作特征曲线(receiver operator characteristic, ROC)下的面积(area under the curve, AUC)、Kappa值和真实技巧统计法(true skill statistic, TSS)以及马尾松种子区划范围来评价模型的预测精度。结果表明: 6个物种分布模型都具有较高的预测精度, 但组合集成学习模型的预测精度稍高于其他常规模型, 其中RF的预测精度最高。3个GCM和6个模型模拟条件下, 马尾松对气候变化的响应格局既有一致性也有异同性。一致性表现在: 随着时间的推移, 马尾松分布区将逐渐向北迁移, 未来潜在分布区的面积将逐渐增加; 异同性表现在: 在不同模型和不同气候情景下, 马尾松潜在分布区的迁移距离和面积变化幅度不同, 其中NW模式下预测的变化幅度小于CA和JP模式; RF模型预测的分布区迁移距离和面积变化幅度最大。随着时间的推移, 未来马尾松的18个潜在分布空间预测图(6个模型 × 3 GCM)之间的差异也逐渐增大, 其中空间不一致性地区主要集中发生在马尾松潜在分布区的北部和西部边缘地带。模型本身不同的构建原理以及GCM之间的差异是导致预测结果存在差异的主要原因。     

贵州省普定县不同植被演替阶段的物种组成与群落结构特征

通过对贵州省普定县喀斯特地区不同植被演替阶段群落的调查, 研究了植被演替过程中群落物种组成和群落结构的变化。结果表明, 该地区的植被主要处于5个演替阶段, 即次生乔木林、乔灌过渡林、藤刺灌丛、稀灌草丛以及火烧干扰后的蕨类植物群落。本次调查共记录到植物365种, 隶属89科218属。其中, 蕨类植物31种, 隶属14科23属; 种子植物334种, 隶属75科195属。物种分布较多的科主要有蔷薇科、菊科、禾本科、百合科、忍冬科、唇形科、莎草科、樟科、葡萄科和水龙骨科。随着正向演替的推进, 物种丰富度增加, 群落结构趋于复杂化。藤刺灌丛与乔灌过渡林群落层次不明显, 次生乔木林分层明显。从藤刺灌丛向次生乔木林演替的过程中, 小径级个体所占比例明显降低, 高于1.3 m植物的总密度、乔木密度和藤本密度都先升高后降低, 而灌木密度呈逐渐降低的趋势。对喀斯特地区植被的恢复提出了参考措施。     

重复基因的进化－－回顾与进展

基因重复是普遍存在的生物学现象, 是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量, 在生物进化过程中发挥着极其重要的作用。基因重复有何利弊, 基因发生重复后, 2个重复子拷贝的保留在基因功能方面是否存在偏好性, 子拷贝在表达和进化速率上如何分化, 以及重复基因为什么会被保留下来一直是进化生物学领域研究的热点问题之一。该文对以上重复基因研究的热点问题进行了介绍, 并对重复基因的进化机制和理论模型及其近年来的一些主要研究进展进行了综述。     

喀斯特峰丛洼地不同类型森林群落的组成与生物多样性特征

不同退化程度石漠化生态重建的关键是恢复植被, 提高土地生产力。本文基于动态监测样地(200 m × 40 m)植被的全面调查, 研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林群落木本植物的组成与生物多样性特征。结果表明, 3类森林的物种组成分别为26科52属65种、33科68属100种和43科91属123种, 常绿物种分别占41.54%、47.00%和52.85%; 科、属、种和生活型组成复杂, 优势科或种明显, TWINSPAN分类第3级水平上可分别划分为8、9和8个群落类型。原生林多样性和结构性指标均高于人工林和次生林, 人工林的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度、冠幅、胸径和树高均高于次生林, 而种类、密度和盖度则低于次生林。不同类型森林群落特征不同, 应采取相应的经营策略。     

洲际入侵植物生态位稳定性研究进展

人类活动引起的大规模洲际物种交换与生物入侵, 改变了当地生态系统结构与功能, 使生物多样性受到日益严重的威胁。本文通过综合分析主要国家和地区入侵植物的地理起源, 发现洲际入侵主要包括东亚—北美、东亚—南美、欧洲—南非、欧洲—北美、欧洲—东亚、北美—大洋洲等, 这些洲际入侵造成的后果往往比陆内入侵更为严重。利用物种分布模型(SDMs)预测入侵物种潜在分布范围是有效管理和提早预防生物入侵的重要依据, 但这些模型的一个关键假定是: 入侵物种的生态位在空间和时间上是保守的、稳定的。然而, 对于远离原产地种群并能快速适应新生境的洲际入侵植物来说, 生态位可能发生显著的变化。入侵种能否在入侵地保持原有的生态位, 取决于制约其生态分布的限制因素和生态过程在不同地区间是否发生变化。本文中作者总结了洲际入侵与陆内入侵的生态与进化过程的异同点, 认为这些限制物种原产地分布的因素如扩散限制、种间互作、适应性进化、生态可塑性和种群遗传特性等均可能导致入侵物种生态位的改变。建议下一步的研究应该重视: (1)对生态位属性进行多尺度的研究, 包括时间、空间、环境或系统发育等几个方面; (2)对比生态位稳定与发生偏移的物种特性, 确定什么样的入侵物种更容易改变原有的生态位; (3)进行生态位时间动态格局研究, 探讨生态位变化的倾向、历史速率和偏移程度, 以便判定生态位变化趋势。这些研究结果将会进一步提高物种分布模型的预测能力, 有助于更为准确地揭示气候变化和物种入侵对生物多样性的影响。     

天然杂交与遗传渐渗对植物入侵性的影响

生物入侵给全球生态环境与社会经济都带来了严重危害, 对其入侵机制的研究非常重要。生物入侵是一个适应性进化的过程, 天然杂交与遗传渐渗可以改变外来物种对环境的适应性并提高其入侵能力, 使其进化成为入侵种。因此了解杂交-渐渗在促进生物入侵过程中的遗传作用, 将有助于我们采取有效措施来控制生物入侵及其危害。本文从杂交-渐渗对生物适应性进化和物种形成影响的角度, 阐明外来种如何通过杂交-渐渗在新的生境中改变其适应性、生存竞争能力和入侵能力。杂交-渐渗可以导致物种发生多倍体水平和同倍体水平的进化, 虽然二者的进化过程不尽相同, 但均能使杂种群体在遗传上产生较大变化, 进而影响杂种群体的适合度, 这一过程可能促使外来种在新的生境中的成功入侵进而转变为入侵种。随着转基因生物技术的迅速发展, 大量转基因作物进入环境释放和商品化种植, 具有特定功能的转基因可能通过杂交-渐渗进入野生近缘种群体, 也可能使之成为入侵性强的农田杂草, 带来难以预测的生态后果。总之, 生物入侵是一个复杂的进化和生态过程, 利用杂交-渐渗的理论来解释植物的入侵性, 仅从一个方面反映了入侵生物学的研究, 杂交-渐渗与其他理论的结合, 将从更深的层次来解释外来种的入侵机制。     

保护性的蚂蚁-植物相互作用及其调节机制研究综述

蚂蚁-植物互利关系是生态和进化研究中的模式系统之一。该文分析总结了近年来有关蚂蚁对植物的保护作用及其调节机制的研究进展。植物通过给蚂蚁提供食物体、蚁菌穴和蜜露吸引蚂蚁, 通过自身的物理、化学方式调节与蚂蚁的互利关系, 使蚂蚁能有效地保护自已, 防止欺骗和寄生的发生。反过来, 蚂蚁可以减少植食性动物对植物的伤害和取食, 减少叶片损伤, 提高种子产量和质量, 提高植物的竞争优势等。虽然蚂蚁对植物的保护作用的强度受到多种生物与非生物因素的影响, 变异性较大, 但在大多数情况下, 蚂蚁-植物之间仍呈显著的正相互作用。同时, 蚂蚁-植物的相互作用还具有广泛的生态影响, 尤其会大大降低林冠上节肢动物群落的物种多样性和多度。未来的研究需要加强蚂蚁-植物互利关系的起源与维持机制、对蚂蚁自身的影响、与生物入侵的关系, 以及进化生态学等方面的研究。     

基于生物适应进化原理论证生物进化的动力

文章从现有主流生物进化理论存在的问题入手, 以生物适应进化原理为认识基础, 讨论生物进化的动力, 以求对生物进化机制有一个新的认识。在薛定谔“生命赖负熵生存”观点的指导下, 提出了“负熵流”包括能量流、物质流和信息流, 以及负熵流是生命生存和发育的动力的观点。作者在原有生物适应进化原理基础上, 修改完善并提出了“DNA、RNA和蛋白质在环境作用下的生物适应进化调控系统”理论, 并根据系统发育是个体发育的“积分”的观点, 推论得出生物与环境的负熵差引起的负熵流也是生命进化的动力, 对生物进化机制作出了新的理解。基于这样的生物进化机制的认识, 提出了“进化是一个子系统在其上一等级系统中, 将自身全部或部分信息遗传给下一代子系统, 并在其适应上一等级系统过程中, 产生一些新质, 终止一些旧质, 从而在其上一等级系统中得以延续的变化过程”的概念, 并探讨了一些与进化有关的其他争议问题。     

昆虫纲八个常见目肺结构的普遍性验证

昆虫的肺是由加拿大昆虫学家Locke提出的, 这是昆虫生理学领域的一个新概念。本文从组织学和解剖学方面研究了8个目37个科的62种昆虫中肺的结构。结果表明: 代表种棉大卷叶螟Sylepta derogata及粘虫Leucania separata蛹和成虫无肺结构。在鳞翅目幼虫中肺普遍存在, 且随着由低等向高等进化, 肺结构也表现出一个由不太清楚到清楚, 最后到十分清楚的进化过程。直翅目、螳螂目、同翅目、半翅目、鞘翅目、双翅目和膜翅目蜜蜂科的这些常见种的若（幼）虫虽没有明显肺结构, 但其气管表现出由简单到复杂的进化趋势; 膜翅目叶蜂科幼虫的气管具有肺功能。在这8个常见目中肺呈现出一个由无到有的进化趋势。     

植食性昆虫对植物的反防御机制

本文综述了植食性昆虫对植物的反防御机制.一方面,植食性昆虫可通过其快速进化的寄主选择适应性,改变取食策略,调节生长发育的节律,以及规避自然天敌等抑制、逃避或改变植物的防御,即行为防御机制;另一方面,植食性昆虫可适应植物蛋白酶抑制剂、逃避植物防御伤信号、解毒植物次生物质,以及抑制植物阻塞反应来对植物防御进行反防御,即生理和生化防御机制.其中,昆虫抑制植物伤信号,防止植物阻塞反应是反防御机制的研究热点.昆虫反防御的研究有助于提高对昆虫-植物间协同进化关系的认识,并为害虫治理和抗虫植物的培育提供新的思路.