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成都生物所在隆肛蛙屬物種適應進化研究獲系列進展
更新日期: 2019-04-30 作者: 胡军华 文章來源:兩爬室
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 物種的多樣性和爲什麽這些物種能在一定空間範圍內長期共存一直是生態學、進化和生物地理學研究的核心問題之一。近年來人類活動的不斷加強,深刻改變了地球上的自然景觀,導致物種棲息地喪失和破碎化、分布範圍縮減與此同時,人類活動還加劇了全球氣候變化。因此,隨著全球變化和自然環境破壞程度的逐漸增大,理解物種共存是如何發生和維持的,對于促進群落生態學和保護生物學理論的發展具有重要意義,也能爲種間關系調節和生物多樣性保護提供重要參考和依據。 

 相對于其他脊椎動物來說,兩棲動物擴散能力弱,近緣物種同域分布及其競爭共存更值得關注,但卻缺乏廣泛的了解。隆肛蛙Feirana quadranus劉承钊 1960和太行隆肛蛙F. taihangnica陳曉虹 & 江建平 2002均爲中國特有種分布于太行山南麓包括中條山-秦嶺山區包括河南西部的伏牛山等山區-龍門山-米倉山-大巴山地區-武陵山區北部现秦岭中部地区的隆肛蛙种群来源于大巴山地區太行隆肛蛙的祖先種群起源于西秦嶺地區之后向东扩散至现在的分布区。历史种群扩张與分布区变化导致二者当前的分布区在秦岭中部重叠,这无疑给理解近缘物種的生态位差异及其驱动、探索邻域物种地理边界形成机制提供了理想的研究系统。基于此,中國科學院成都生物研究所进化與保护研究团队以隆肛蛙太行隆肛蛙爲指示類群在完成系列研究的基礎上獲得系統性進展。 

 理解物種的擴散障礙及相應生物地理邊界的形成機制是適應进化與生物地理學研究長期而又具有挑戰性的目標之一。大量的证据表明,生态和进化因素是物种扩散障碍和生物地理边界形成的主要驱动力,其中生态因素包括生物、非生物因子及二者的协同影响;进化因素包括物種的进化潜力等。然而,对于这些因素到底如何影响物種的地理分布,目前仍存在不少争议。因其稳定、邻近的分布范围以及有限的重叠区域,邻域分布物种是生物地理边界研究的理想对象。中國科學院成都生物研究所胡军华研究員與江建平研究員基于详实的野外种群调查,借助生态位模型與随机化零模型等多种研究手段,量化了邻域分布的隆肛蛙與太行隆肛蛙在地理與环境空间的生态位分化程度(圖1),揭示了其鄰域種群分布邊界形成的生態驅動因素(圖2)。研究表明兩個物種間並無急劇的環境梯度,而帶狀的不適宜生境對隆肛蛙起著屏障作用,但對太行隆肛蛙并未形成阻隔屏障。综合本研究與历史生物地理學研究结果发现,在重叠区域内,环境耐受性限制了隆肛蛙进一步北扩,而种间竞争极可能阻碍了太行隆肛蛙向南扩散。本研究结果强调了气候条件與种间竞争在探索邻域物种扩散障碍和地理分布边界形成中的共同作用,促进了对物种适应性进化驱动因素的理解。更为重要的是,在全球变化背景下,为进一步揭示环境变化如何影响生态相似物種的分布、生态位动态和保护需求提供了理论支撑和科学指导。本研究以“Inferring ecological explanations for biogeographic boundaries of parapatric Asian mountain frogs”爲題發表于國際期刊BMC Ecology (Hu J, Jiang J. 2018. 18: 3. DOI: 10.1186/s12898-018-0160-5) 

 物种对资源的利用與其分布、种群动态及群落结构息息相关,是生态系统维持的重要驱动力。物种间资源利用策略的差异被普遍认为是维持物种共存的重要因素。同一生境中的不同物种会对环境资源产生不同程度的竞争;同域分布的近缘物种因其形态结构和生活史特征的相似性,种间竞争可能表现得尤为激烈。从而,理解同域分布的近缘物种间生境利用的异同有助于掌握物种竞争共存及群落稳定机制。硕士研究生杨胜男在胡军华研究員與廖文波教授的指导下,以秦岭中部的隆肛蛙與太行隆肛蛙种群为对象,聚焦于重叠分布区域内的微生境利用,探讨了这两个物种间的异同及关键生态因素。研究表明,在重叠分布区域内,二者在微生境利用上整体并无显著差异,而气候因子、植被条件和河流宽度是其重要的影响因素(圖3),平坦開闊的河道及溫暖的環境是它們較理想的棲息場地。該研究結果有助于理解環境過濾效應在群落構建及物種共存中的作用,同時也有助于識別關鍵生境,在物種保護過程中制定有效的保育計劃和棲息地管理策略。該研究成果以“Microhabitat segregation of parapatric frogs in the Qinling Mountains”爲題發表于Asian Herpetological Research(Yang S, et al. 2019. 10: 48-55) 

 环境变化会对自然种群产生广泛的影响,导致生理、物候、分布、行为、形态及生活史策略等发生显著变化,并引起不同程度的种群下降甚至丧失的趋势。对两栖动物而言,环境压力对其地理分布、群落结构與生活史特征的限制作用比其它脊椎动物类群更为明显。其中,生活史特征制约着生存在不同环境中物種的适合度,在进化过程中发挥关键作用。因此,理解环境压力如何作用于两栖动物的生活史特征不仅有助于解析两栖动物的适应进化,还能为全球变化下物种保护提供重要的指示作用。然而,以往研究多关注单一环境变量对两栖动物生活史特征的影响,且多集中于狭窄的地理分布范围或少量种群。这往往导致对环境变化如何影响生活史特征的认识不全面,同时降低了影响评估的有效性。从而,综合多种环境因素并覆盖更大范围、更多种群的生活史特征变异信息对于理解自然种群对环境变化的响应机制至关重要。在原有研究基础上,硕士研究生汪晓意在胡军华研究員與江建平研究員的指导下,以隆肛蛙为对象,基于覆盖整个物种分布区(涉及陕西、甘肃、湖南、重庆等)36個種群256个个体的形态特征度量及骨龄学石蜡切片,解析了生物气候因子與UVB紫外線輻射強度等環境因素變化對身體大小(即頭體長和後肢長)及年齡等生活史特征的影響。根據環境因素相似性將所有種群劃歸于高、中、低3種程度的環境惡劣類型,不同環境壓力間身體大小存在明顯差異(圖4)。利用主成分轴量化环境梯度后,环境压力显著影响后肢长,而对头体长與年龄并无显著影响。该研究结果揭示了环境压力对隆肛蛙生活史特征的复杂作用,强调了两栖动物能通过改变生活史特征来适应环境变化的潜力,并突出了生活史特征变异在两栖动物对环境变化响应策略中的重要作用,为全球变化下两栖动物保护提供了科学支撑。該研究成果以“Environmental stress shapes lifehistory variation in the swelledvented frog (Feirana quadranus)”爲題發表于國際期刊Evolutionary Ecology (Wang X, et al. 2019. DOI: 10.1007/s10682-019-09980-5) 

 上述研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及中國科學院青年创新促进会等项目的资助。 

 原文鏈接1

 原文鏈接2

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1. 隆肛蛙與太行隆肛蛙在环境空间中的生态位保守性检验

 

  2. 鄰域分布的生態決定因素檢驗 

  3. 影响隆肛蛙與太行隆肛蛙微生境利用的关键生态因素分析 

  4. 不同環境壓力下隆肛蛙生活史特征的變化 


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