跨学科项目拟从时空维度追踪亚马逊地区生态进
时间:2017-12-08

  跨学科项目打算从时空的角度来跟随亚马逊生态演化的演变

  一个跨学科团队将来自亚马逊的实地研究数据和全面的数字信息存储合成为地图上的空间和时间。图片来源:KIKE CALVO

  在美国自然历史博物馆(AMNH)的冷藏标本商店里,Joel Cracraft打开橱柜,慢慢地抽出一些托盘。其中两个充满了来自亚马逊热带雨林的微妙的,棕榈大小的黄鹂标本。另一个托盘里充满了红头矮人的小鸟。其他盘子上装着近亲,金头矮人的小鸟。

  两只矮小鸟之间的差异似乎是男性冠的颜色有所不同。但是他们从来没有在一个地方同时被发现。红头侏儒鸟生活在亚马逊以南,而金头矮人的鸟类生活在北方。

  AMNH鸟类画廊的负责人Cracraft说,这个模型如何出现仍然是一个谜。科学家们还不确定是什么促使这些鸟类进化出不同颜色的羽毛,更不用说什么时候开始分离,或者说什么时候河流将它们分开。他们也不知道这些鸟类,沿河生长的植物以及动物如何适应亚马逊气候。

  总之,科学家们不知道亚马逊热带雨林及其美好的生物多样性如何。这始终是个大问题。美国亨氏中心的生态学家托马斯·洛夫乔伊(Thomas Lovejoy)说,Lovejoy在亚马逊地区工作了45年以上。

  现在一个来自巴西和美国的跨学科团队正试图找到答案。这个名为“亚马逊生物多样性维度”的项目旨在创建亚马逊四维演化地图集。通过整合来自地质学,进化生物学,DNA分析和气候模型的数据,团队计划跟踪亚马孙河流域的生物多样性和环境状况,了解它们在时空方面的相互作用和演变。

  反复无常的地区

  巴西圣保罗大学的植物学家洛西曼说,多年来,生物学家一直认为,亚马逊地区的动植物丰富,意味着这里的热带雨林是一个古老而稳定的生态系统。生态博物馆有更多的时间来积累多物种。

  但罗曼和他的同事说,地质证据显示该地区的历史非常不稳定。大约在1700万年前的1100万年前,在中新世中期,亚马逊流域覆盖了湿地分支。在一段时间内还存在争议,湖水开始向东流动,最终流入大西洋形成亚马逊。

  罗曼说,随着湿地消失在森林里,今天看到的亚马逊生物多样性正在开始形成。 DNA测序和其他进化数据表明,该地区不是一个环境博物馆,而是一个生物摇篮,罗曼所谓的生物多样性,大量物种开始分化。

  因此,美国密苏里州植物园的考古学家,植物学家艾伦·格雷厄姆(Alan Graham)提到,科学家现在需要对该地区与生物多样性有关的问题进行全面的解释。这是对美国政府投资200万美元的新项目以及巴西圣保罗州的支持。该项目于2012年9月开始,为期五年。

  荷兰阿姆斯特丹大学的地质学家Carina Hoorn表示,复杂的亚马逊河流域历史的合理化需要许多学科的科学家共同合作。 Hoorn参与了欧洲和巴西联合项目CLIM-AMAZON,该项目始于2011年,主要收集历史气候和环境数据。单靠一个地区,如地质学或进化生物学,还远远不够。她说,人们确实需要一个全面的,跨学科的方法来检查它。

  他说,如果你正在亚马逊研究鸟类,你可以从每个AMNH侏儒鸟标本的位置数据中发现,南北线之间有一条清晰的南北线金头鸟和红头发的鸟,如果你把数据导入到这个海域的地图上,你可以清楚地看到它是分离它们的亚马逊河。知道两个俾格米人究竟多久开始分化,将提供一个很好的线索,什么时候河流将成为主要的水道。

  Cracraft补充说,这正是该项目的目标之一,试图对亚马逊及其生物群系的历史进行分层。

  跨学科团队还计划完成亚马逊地区所有鸟类,灵长类动物,蝴蝶和两种植物的类似图谱。首先,我们只想了解生物多样性的一般模式,并找出它们与环境特征的关系,Lohmann解释说。 Lovejoy说这样的项目是一个迟到的愿望。

  虽然博物馆标本对维度项目很重要,但它们包含的大部分信息并不容易使用,因为它们不能在线获取。建立数字档案也是该项目的主要目标之一。研究小组计划创建一个全面的,可自由访问的数据库,包括何时,何地以及如何获取样本,以及任何可以使用该数据分析该地区生物多样性的人员。

  重点是使这些数据具有可比性,以便我们可以将数据联系起来并分析更大的数据集。 Cracraft说。 Lovejoy预测说,如果这能取得成功,人们很快就能看到以前困难的模式和对问题的回答。

  在项目的第一年,研究人员主要集中在为博物馆和植物标本样本增加精确的地理坐标。参与该项目的纽约植物园植物标本馆馆长Barbara Thiers说,地理位置是从植物到鸟类到灵长类动物的所有生物的共同因素。她说,收藏者无法定期记录标本的(经度和纬度)信息,直到手持GPS设备出现。

  维度小组尽可能地重建了样本的地理坐标,试图与收集者的原始记录所提及的地点相匹配,主要使用地名,例如访问地名目录,使用纸质地图,或者甚至回顾收藏家路线探索。

  有些模式可以协同工作,如植物和授粉媒介的分布,以及其他生物体的奇异差异。例如,亚马逊的鸟类似乎无法飞越河流,这意味着科学家经常在河流中发现非常不同的鸟类。但罗曼说,有些植物似乎可以穿过河流。虽然河流形成可能是亚马逊盆地鸟类进化背后的推动力,研究人员还需要了解植物是如何分离和演化成不同的物种。

  阿特拉斯坐标不仅揭示了物种如何分布,而且还显示了收藏家过去的担忧,亚马逊的大部分野外工作都是沿着主要的河流或附近的城市进行的,但是只有少数几个地点无论该地区的广度如何,并不能保证代表性样本的多样性,特别是因为亚马逊物种在其生活领域的关键性质。

  人们所看到的主要是那些聪明,漂亮,高大的眼镜,这些眼镜也很容易得到。瑞典哥德堡大学进化生物学家安东内利(Alexandre Antonelli)说。罗曼还说,这可能会扭曲结论,并妨碍正在进行的研究。

  我们通常会回到样本集中最多的地区,并将其作为生物多样性的中心,因为数据集不能让我们对这些地区进行充分的比较。她说。如果维度的地图集揭示了已经被充分研究的地区和物种,它将帮助科学家找到没有收集样本的地区,以确定未来野外工作的目的地。

  罗曼承认,跨学科项目并不容易。没有参与维度项目的格雷厄姆同意,随着项目的进展,研究领导者与其他专家,特别是异议人士密切合作是至关重要的。

  例如,维度项目的参与者和CLIM-AMAZON科学家对该地区的一些基本问题,特别是亚马逊时代有不同的看法。霍恩说,她欢迎彼此讨论。人们更好地合作,得出的结论会更加正确。她说。

  虽然这个维度项目关注亚马逊的历史,但它也可能帮助科学家和决策者保护他们日益危险的生态系统,例如地图上显示的是新物种可能发展的地区,NSF维度项目资金主管乔治·吉尔克里斯特(George Gilchrist)说。保护生物多样性热点可以鼓励这些亚马逊人适应气候变化。(Zhang Zhang)

  “中国科学”(2013-07-25第3版国际)