导
读
现代气候是塑造生物多样性格局的关键因素之一。然而，古气候事件对当代生物多样性格局形成的影响常常被忽视。本研究揭示了中国陆生脊椎动物群落系统发育结构和功能多样性格局，发现了受末次冰盛期（LGM，约2.2万年前）影响，动物群落系统发育结构更加聚集、功能丰富度更低、功能分歧度和均匀度更高，并识别了功能多样性热点区域，结果对中国陆生脊椎动物生物多样性保护具有重要意义。
图1 图文摘要
本研究利用构建的系统发育数据集，计算了中国陆地网格（50公里×50公里）两栖类、蜥蜴类、鸟类和哺乳类的净谱系亲缘关系指数（Net relatedness index, NRI）和净最近种间亲缘关系指数（Nearest taxon index, NTI）指数，以揭示中国陆生脊椎动物群落系统发育结构格局。结果表明：两栖类的NRI在华南最高，蜥蜴类的NRI在东北最高，鸟类和哺乳类的NRI在西南和藏东南最高。计算表明这些区域群落的总体系统发育结构更加聚集。然而，两栖类、蜥蜴类、鸟类和哺乳类的NTI峰值均在西部和北部，表明这些区域群落在系统发育末梢上更加聚集（图2）。NRI和NTI分布格局的不一致说明，生境过滤效应导致的系统发育聚集结构，在不同类群和区域的分布不同。
图2 两栖类、蜥蜴、鸟类和哺乳类的群落系统发育结构（NTI指数）格局
系统汇编了2263个物种的功能特征数据集，包括320种两栖动物、212种蜥蜴、1180种鸟类和551种哺乳动物。通过分析发现，所有脊椎动物的功能丰富度（Functional richness，群落所有物种占据的特征空间凸包的体积）在我国南方都较高，表明南方具有丰富的脊椎动物生态位（图3）。同时，我们还识别了功能丰富度热点地区中功能独特性最高的受威胁物种，如长臂猿科所有物种、亚洲象、马来穿山甲、倭蜂猴等哺乳动物。这些物种在当地生态系统功能中发挥了重要作用，因此需要优先保护。
图3 两栖类、蜥蜴、鸟类和哺乳类的功能丰富度格局
此外，功能分歧度（Functional divergence，物种在群落特征空间中分布的分散程度）在我国中部的两栖类群落、西部和东北的蜥蜴群落、青藏高原西部和华北的鸟类群落、以及西部的哺乳类群落中较高，表明这些地区的动物群落具有较高程度的生态位分化。在我国西部和北方地区，两栖类、蜥蜴和哺乳类的功能均匀度（Functional evenness，物种在群落特征空间中分布的均匀程度）均较高，而鸟类在中国东部的功能均匀性较高，说明这些区域的动物群落可有效利用给定生态位空间的资源。
本研究使用空间混合效应模型，探究了末次冰盛期温度和降水变化、现代温度和降水、海拔范围和史前人口密度（1万年前）对群落系统发育结构和功能多样性的影响。结果表明，LGM气候与如今气候相差越大的区域，其NTI越高，即群落系统发育结构越聚集，功能丰富度越低，功能分歧度和均匀度越高（图4）。但是，这种规律在不同的分类群中存在例外，如，LGM降水变化对两栖类的功能分歧度和均匀度具有负效应，可能与两栖类对水的依赖有关。而LGM温度和降水变化均对鸟类功能分歧度没有影响，可能是因为鸟类的强迁移能力使其可以在冰期后快速拓殖到适宜栖息地。
图4 spaMM模型分析结果，系数显示了LGM气候变化、当前气候、海拔范围和史前人类密度对中国陆生脊椎动物功能多样性和系统发育结构的影响。红色表示正显著相关系数，蓝色表示负显著相关系数，灰色表示非显著影响。
本研究进一步选取了鸟类和哺乳类的生活史性状，利用“快-慢”生活史连续谱概念框架，探讨了LGM温度变化对群落功能性状的影响；发现鸟类的窝卵数与其他性状不相关，而哺乳类的产仔数与其他性状成负相关（图5）；表明在哺乳类中存在“快-慢”生活史连续谱，即繁殖投入与生活史节奏之间存在权衡。LGM距今温度变化越剧烈的区域，其哺乳类群落更多由“快”物种主导，而鸟类群落则由窝卵数更大、体型寿命更长的物种主导，主要是由于哺乳类“快”物种能在冰期后更快恢复。
图5 LGM温度变化对群落加权性状均值的影响。在鸟类（A）和哺乳类（D）物种生活史特征的主成分分析（PCA）结果中，彼此更接近的性状之间的相关性更强。正的x和y值意味着性状和维度之间的正相关关系。箭头的颜色表示性状对维度的贡献。鸟类（B，C）和哺乳类（E，F）的LGM温度变化与生活史特征PCA维度之间的线性模型结果。
总结与展望
本研究揭示了中国陆生脊椎动物群落的系统发育结构和功能多样性格局形成的机制；结合末次冰盛期和现代气候等环境因子，发现LGM气候和现代气候共同塑造了中国陆生脊椎动物的生物多样性，其影响在不同的动物类群中具有显著差异。研究结果凸显了LGM气候变化对现代生物多样性模式的滞后影响，并从功能多样性维度提出了应对当代生物多样性丧失的保护建议。
责任编辑
张亚刚 电子科技大学
隆 昶 电子科技大学
本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第一期以Report发表的“Influence of Last Glacial Maximum legacies on functional diversity and community assembly of extant Chinese terrestrial vertebrates” (投稿: 2022-08-06；接收: 2023-01-02；在线刊出: 2023-01-05)。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100379
引用格式：Huang M., Huang G., Fan H., et al. (2023). Influence of Last Glacial Maximum legacies on functional diversity and community assembly of extant Chinese terrestrial vertebrates. The Innovation. 4(1),100371.
作者简介
魏辅文，保护生物学家。中国科学院院士，发展中国家科学院院士，欧洲科学院院士。兼任中华人民共和国濒危物种科学委员会常务副主任、中国动物学会副理事长兼秘书长、中国生态学会副理事长。曾获中国科学院杰出科技成就奖，国家自然科学二等奖（排名第一）和国际分子生态学奖（Molecular Ecology Prize）。长期从事濒危动物演化与保护生物学研究，是国际上濒危动物保护基因组学和宏基因组学研究的主要开拓者,率先提出了保护宏基因组学和保护演化生物学新分支学科；呼吁建立海洋国家公园，加强海洋生物多样性研究与保护。相关成果发表在Science, Nature, Nature Genetics, PNAS, Current Biology, Science Advances, National Science Review, Nature Communication等期刊上。
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