航空航天遥感在物种多样性研究与保护中的应用

人类活动导致全球范围内生物多样性丧失日趋严重。物种多样性是研究最为深入以及最贴近生物多样性管理的层次。物种多样性的研究往往受到多时空尺度生态过程的影响, 传统物种多样性调查方法受到人力物力影响, 局限性大, 物种多样性的研究与管理亟需整合不同来源的数据。遥感技术从传统的光学遥感阶段发展到不同平台、不同维度相结合的多源遥感阶段, 并逐渐进入以高空间分辨率和高光谱为特征、以激光雷达为前沿发展方向的综合遥感阶段。遥感技术因为其监测范围广、能监测人迹罕至地区以及长期可重复等特性, 为研究不同时空尺度的生态学科学问题提供了更新更优的研究手段。本文围绕种群动态、种间关系与群落多样性、功能属性及功能多样性以及生物多样性保护管理等生物多样性研究热点问题, 系统地论述了航空航天遥感技术在物种多样性研究与保护领域的应用, 总结了航空航天遥感技术在研究与物种多样性有关的主要生态学问题中的机遇与挑战。我们认为航空航天遥感技术利用多光谱甚至高光谱与激光技术从空中监测物种多样性, 从不同视角、基于不同光源提供了物种多样性不同侧面的信息, 能够减小地面调查强度, 在大范围和边远地区的物种多样性调查研究中有着至关重要的作用。依据光谱特性的物种判别以及依据激光雷达的三维结构量测将促进生物多样性的研究与管理, 加强遥感学家和生物多样性研究者的沟通交流将有助于促进不同时空尺度的生物多样性与遥感技术的结合。     

生物演化基本规律与人类进化独特性(2)

生物历史和人类学资料等揭示,生物演化和人类进化是2种不同的改变形式,遵循不同的规律:生物演化以物种结构修改适应环境,环境变化主导物种演化,演化无方向性,它维持了物种与环境的依存关系;人类进化是脑和工具意识突破,即出现"依靠工具"意识,它带来了工具进步性方向改变,并产生了人体适应工具、文化等的结构修改以及人的环境关系性质改变。论述了生物演化基本规律和人类进化独特性、"演化"和"进化"的区别、人类进化的"转折点"等。     

生物演化基本规律与人类进化独特性(1)

以生物历史和人类学资料等揭示,生物演化和人类进化是2种不同的改变形式,遵循不同的规律:生物演化以物种结构修改适应环境,环境变化主导物种演化,演化无方向性,它维持了物种与环境的依存关系;人类进化是脑和工具意识突破,即出现"依靠工具"意识,它带来了工具进步性方向改变,并产生了人体适应工具、文化等的结构修改,以及人的环境关系性质改变。论述了生物演化基本规律和人类进化独特性、"演化"和"进化"的区别、人类进化的"转折点"等。     

物种分布模型在古生物学研究中的应用北大核心CSCD

物种分布模型(Species distribution models,SDMs)是基于物种的生态位要求,通过将物种已知的分布数据和对应地区的环境数据联系起来,以预测该物种在不同时间和空间下的地理分布的一种数学工具。它为地史时期生物地理分布的重建、生物生态特征的分析及生物与地球环境协同演化研究等提供了一种新的途径。此方法具有研究精度高、预测效果好及应用广泛等优点,尤其适合开展高精度的古生物地理、古生态及生物宏演化等相关研究。文章着重介绍物种分布模型的基本原理及建模流程,在此基础上以笔石种Tang yagraptus typicus Mu作为建模实例进一步说明物种分布建模的详细步骤,最后概述此方法在古生物研究中的适用性及存在的问题。     

基于生态位理论研究群落构建的方法进展

理解群落构建过程可以解释生物多样性格局的形成和维持,对于生物多样性保护起到关键作用。生态位理论是群落构建研究的核心框架之一。该理论认为群落构建是生物作用和非生物作用将区域物种库中的物种选入局域群落的确定过程。近年来,随着该领域受到的关注越来越多,研究者不但从物种、谱系或功能等生物多样性维度来研究群落构建,所使用的多样性指数、零模型算法和物种库界定方式等也多种多样。本文回顾了从生物多样性不同维度研究群落构建的优势与局限,总结了群落构建过程中构建零模型和界定物种库时需要注意的一些问题,介绍了部分群落构建研究的最新方法学进展和研究成果。最后,结合近年来的研究案例提出了对未来群落构建研究的一些建议。     

环境DNA metabarcoding及其在生态学研究中的应用

环境DNA metabarcoding(eDNA metabarcoding)是指利用环境样本(如土壤、水、粪便等)中分离的DNA进行高通量的多个物种(或高级分类单元)鉴定的方法。近年来,该方法引起了学者的广泛关注,逐渐应用于生物多样性研究、水生生物监测、珍稀濒危物种和外来入侵物种检测等生态学领域。介绍环境DNA metabarcoding的含义和研究方法;重点介绍环境DNA metabarcoding在物种监测、生物多样性研究和食性分析等生态学领域中的应用;总结环境DNA metabarcoding应用于生态学研究领域面临的挑战并对该方法的发展进行展望。     

物种多样性研究的进展

物种多样性是生物多样性研究的一个重要层次。为适应资源与环境可发展的要求,物种多样性的研究受到了广泛的重视。文章阐述了物种多样性的概念、研究方法等,分析了当今物种多样性研究的几个热点问题。     

Evolutionary history and climate conditions constrain the flower colours of woody plants in China

进化历史和气候条件共同影响中国木本植物花色的分布 本研究以中国木本植物为研究对象,主要探讨两个问题：(1)不同生活型物种花色组成的差异;(2)生物地理区、进化年龄和气候条件对不同花色地理分布格局的影响。研究使用7673种木本植物的物种分布数据和花色信息(分为白色、红色、黄色、黄绿色、绿色和蓝紫色),并结合属级系统进化树来比较不同生活型(包括灌木、乔木和藤本)物种花色组成的差异,分析不同生物地理区、进化年龄和现代气候对花色地理格局的影响。研究结果表明,与乔木和藤本植物相比,灌木具有更高比例 的由花青素着色的红色花和蓝紫色花物种。中国木本植物的花色地理格局受到区域效应和现代气候(尤其是降水和UVB辐射)的共同影响。倾向于蜂媒传粉的黄色花和蓝紫色花物种和由花青素着色、耐环境胁迫的红色花和蓝紫色花物种比例在中国西北部地区更高。绿色花物种的进化起源更早,但进化时间对花色地理格局的解释力很弱。这些结果说明中国木本植物花色的地理格局受到进化历史和现代环境的共同影响。     

中国植物受威胁等级评估系统概述

濒危物种保护是生物多样性保护工作的重要组成部分, 而物种受威胁等级评估则是濒危物种保护的方向指引。经过多年的发展, 物种受威胁等级的评估由定性评估逐渐向定量评估为主、定性评估为辅的方向发展。本文综述了国内植物受威胁等级定量评估系统的研究进展, 同时介绍了国外较为成熟的IUCN红色名录评估系统、CITES评估系统、美国自然保育协会评估系统, 提出未来制定受威胁物种定量评估标准时要兼顾以下方面: (1)等级设置定义要明确、统一且合理; (2)评估标准应该定量化、客观且不冗余; (3)评估系统应该适应不同地理范围, 最好能同时表达出各范围的受威胁等级; (4)评估指标要包含物种动态信息, 能定量分析物种在过去或者未来的变化。此外, 本文认为国内的物种受威胁等级定量评估系统应该形成规范化的大纲, 加大宣传力度, 尽量将理论研究与具体的保护行动结合起来; 同时, 我国还应该采用全球广泛应用的受威胁等级评估系统获取物种受威胁等级, 将国内生物多样性保护工作纳入到全球范围中去。     

岛屿生物地理学理论在物种保育方面的应用误区

岛屿生物地理学理论疏忽岛屿与大陆环境存在的实质性差异:岛屿是由性质均一的海水环绕,导致岛屿周边气流温度、湿度等因子较一致,使得岛屿环境多样性降低.岛屿环境单一化和气候变化是物种较少和易灭绝主要原因.岛屿生物地理学理论在物种保育方面的应用误区,主要是片面强调自然保护区面积效应和距离效应,忽视气候变化等产生的环境单一化对物种濒危作用.说明岛屿生物地理学理论必须修正,只有将岛屿环境单一化以及物种脆弱性作用等方面纳入理论框架内,才是正确理论和可应用于物种保育.对自然保护区设置和物种保育提出新思路和应用方法.     

黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物丰富度格局及其影响因子

生物多样性的大尺度空间分布格局及其形成机制一直是生态学和生物地理学的核心内容。黄河流域是我国重要的生态屏障, 明确该区域动植物多样性分布格局及其影响因素, 对我国黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。本研究通过收集黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物分布数据, 结合气候、环境异质性和人类活动等信息, 探讨了黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度格局及其主要影响因素。结果表明, 黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度在区域尺度具有相似的分布格局: 南部山地动植物物种丰富度最高, 而东部高寒区和北部干旱区物种丰富度最低。回归树模型表明, 冠层高度范围和净初级生产力范围分别是黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度最重要的预测因子; 当移除空间自相关影响后, 环境异质性和气候因子依然对区域尺度的动植物物种丰富度具有较高且相似的解释度。表明环境异质性和气候共同决定了黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度格局, 而人类使用土地面积并不是影响黄河流域动植物物种丰富度格局的主要因子。因此, 在未来的研究中若针对不同区域筛选出更精准的环境驱动因子或选用更多不同类别的环境异质性因子进行分析, 将有助于更深入理解物种多样性格局的成因。     

线虫与果蝇先天免疫系统的比较

一般认为无脊椎动物没有获得性免疫系统,先天免疫系统就成了无脊椎动物唯一的防御手段。由于不同物种的生活环境不同,它们所面临的病原体也不同,这就产生了不同物种先天免疫的特异性。主要就线虫和果蝇这2种模式生物在先天免疫系统方面的差异作一比较。     

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)入侵对水生态系统群落结构和物种多样性的影响

由于全球气候变暖及水体富营养化程度的加剧,拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)逐渐由热带、亚热带地区向温带地区扩散,并在全球众多水体中占优势,甚至形成水华。拟柱孢藻的大量增殖不仅影响当地水生态系统的群落结构和物种多样性,破坏水生态系统平衡,其产生的有毒代谢物质还会在生物富集和食物链传递作用下,最终对人类和其他动物造成威胁。本文系统评估了拟柱孢藻的入侵和繁殖对当地水生态系统群落结构和物种多样性造成的潜在影响,分析了拟柱孢藻入侵对水生生物多样性的影响机制。拟柱孢藻入侵对水生态系统的影响不仅取决于拟柱孢藻自身特性及其入侵情况,还与当地水生态系统的环境因子和物种组成有关。因此,不同地域和时间范围内,拟柱孢藻入侵的生态后果有显着差异。在一定的环境条件下,拟柱孢藻主要通过种间竞争作用、生态毒性作用及对水生细菌群落的调节作用等途径,影响本地水生态系统的物种组成和生物多样性。最后,针对拟柱孢藻入侵的生态后果、生物间相互作用及有效防控等热点问题进行了展望,为全面认识拟柱孢藻入侵对水生态系统的影响提供理论依据。     

为何要信达尔文的演化论——论《物种起源》的二十五重简约美

科学理论的本质较量是解释力之简约美的较量, 其使得科学革命成为可能。本文通过整理与剖析达尔文的《物种起源》的论述, 展示了生命科学史上最伟大革命的内在理性, 即, 演化论相对于神创论的25重简约性优势, 分别体现在解释: (1)驯化品种的产生、(2)驯化品种在内外性状层面的多样性的差异性、(3) (杂交的子代的)遗传性状的变化、(4)杂种与混血在健康度与生殖力方面的差异、(5)杂种与混血在性状变化上的差异、(6)生物形态分布的簇状格局、(7)生物形态分化在不同分类阶元内部的不均等性、(8)不同性状分化的不均等性、(9)物种间性状差别的渐变性、(10)伴随环境变化的形态变化、(11)相对环境变化的形态惯性、(12)生物间竞争强度分布的不均等性、(13)不同物种间的形态同似性、(14)个体间的形态差异随着个体发育而变大的现象、(15)生物的痕迹构造、(16)生物地理分布的系统差异性(贯穿诸生物分类阶元的稳定偏向的差异性)、(17)物种的“等级性”与其地理分布范围的关系、(18)生物地理分布的“岛屿”现象、(19)岛屿物种的总丰度低而土著物种丰度高的特征、(20)岛屿生物的类别构成特征、(21)岛屿生物与相邻大陆的生物间的相似度关系、(22)物种迁移与物种灭绝的地域差异性、(23)物种灭绝的渐变模式、(24)古生物与现存生物在形态上的关系、(25)胚胎形态与古生物形态间的相似关系。正是这25重简约美, 铸造了《物种起源》作为最伟大的科学著作的底色, 并奠定了现代生命科学研究的大方向与总方法——“范式”。这一剖析亦有助于我们理解科学发展的真精神以及把握当代科学研究的进展。     

降解芳烃微生物的多样性

芳烃是一类生物异源物质,自然微生物群落利用其对环境的适应性,对这类物质由陌生到适应,微生物群落的遗传背景发生了变化,降解芳烃的微生物呈现出多样性,本文系统介绍了降解芳烃微生物的特性,物种资源,环境适应,遗传背景及演变;介绍了各遗传型物种的功能基因数量,表达及调控方式,指明芳烃环境污染的生物修复主要取决于高效工程构造及代谢过程的控制。     

物种丰富度的垂直分布格局及其形成机制

物种丰富度海拔梯度格局及其形成机制一直是宏观生态学研究的重要议题。物种丰富度沿海拔梯度呈4种分布格局,其中单峰分布格局最为普遍。人们提出各种假设从不同角度解释物种丰富度的海拔梯度格局,这些假设主要以气候、空间效应、物种间相互作用及其进化历史为出发点,提出的假设主要有水分-能量动态假设、生物多样性代谢理论、生产力假设、种-面积关系、中域效应、栖息地异质性假设及静态进化模型。本文系统介绍了物种丰富度的海拔格局及影响其格局的生态过程。目前,物种丰富度的海拔格局主要集中在现代气候对物种丰富度海拔格局的形成过程的作用,但这些现代气候的参数之间具有显著共线性,难以分辨具体的某种环境因子对其的绝对贡献。结合现代气候和物种的谱系进化过程,系统比较不同海拔区域物种的系统发育特征有助于进一步理解物种丰富度的海拔分布格局及其成因机制,同时有助于理解现代环境的波动对植被群落的影响。     

浅析环境特征对遗传多样性与物种多样性的平行效应

遗传多样性与物种多样性是生物多样性的两个基本层次。近年来的研究表明,环境特征可能对种群遗传多样性与群落物种多样性产生平行效应。本文对遗传多样性与物种多样性关联模型中环境特征对遗传多样性与物种多样性的平行效应部分进行了具体化介绍。基于群落形成的四个基本过程,即突变与物种形成、选择、漂变和扩散,探讨了环境特征对遗传多样性与物种多样性产生平行效应的理论基础。在全球变化的大背景下,研究环境特征对遗传多样性与物种多样性的平行效应及这两个维度多样性对全球变化响应的异同具有重要的生态学与保护生物学意义。然而,目前大多数生物多样性研究仍然只基于物种多样性一个维度,在同一系统中同时对遗传多样性与物种多样性进行整合研究的工作仍然较少。希望通过本文的总结与讨论,能对国内遗传多样性与物种多样性整合研究起到参考与促进作用。     

豫西山区日本落叶松林下植物物种多样性的研究

生物多样性是指各种生命形式的资源,它包括地球上所有植物、动物、微生物物种及它们所有基因,以及生物与其环境相互作用形式的生态系统与生物过程,它包括三个层次,即遗传多样性、物种多样性与生态系统多样性［１］。生物多样性对人类生存与发展,以及对维持整个地球的...     

数量分析方法在种内变异研究中的运用

现代生物分类知识和进化理论的发展,已使越来越多的系统分类学家清醒地意识到:组成同一物种的不同个体或群体并非同一模式原封不动的拷贝,相反,在这些个体与个体之间、群体与群体之间,存在形形色色程度不同的形态变异。这些变异有些源自基因的重组或突变,有些则是环境诱导的产物。对这些形态变异进行研究,不仅有助于我们了解物种形成与进化的机制和途径,揭示各自然因素在物种进化中的作用;同时,对分类学而言,亦将有助     

鱼类多样性监测的理论方法及中国内陆 水体鱼类多样性监测

近年来, 生物多样性监测网络的建设得到广泛重视, 全球、地区或国家生物多样性观测网不断组建。生物多样性观测的理论框架得到发展, 提出了生物多样性核心监测指标(Essential Biodiversity Variables, EBV)。鱼类多样性监测的理论框架包含于生物多样性核心监测指标之内, 在遗传、物种、生态系统等多层次进行。基于鱼类监测提出的生物完整性指数(index of biotic integrity, IBI)强调不同物种的生态功能, 可以综合反映群落结构和功能的变化, 得到广泛应用。鱼类多样性的监测方法是传统网具和现代水声学等方法的结合。监测结果的分析可以进行简单的指数比较, 也可以进行长期的趋势分析, 寻找关键节点, 探讨宏观生态格局的变化。中国内陆水体鱼类多样性监测网隶属于中国生物多样性监测与研究网络, 拟选取长江、黄河、黑龙江、珠江、澜沧江、怒江、塔里木河及青海湖8大流域, 对25个重要区域和24个重点物种(类群)进行监测, 从重要区域鱼类群落结构、重点物种(类群)种群动态和个体生物学特征、遗传多样性、早期资源等不同层次, 全面监测我国内陆水体鱼类生物多样性状况。