地球生物多样性：同质化趋势相对平衡，差异化持续挑战

编·者·按

人类活动如何在区域生物多样性的漫长演变中扮演重要角色？小尺度和大尺度上的趋势如何相互关联？环境变化是生物多样性趋势的主要驱动因素吗？同质化与差异化的平衡到底是如何影响生物多样性的？……关于这些问题，近日，“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一篇近期发表在《Science Advances》期刊上的一项新研究由德国综合生物多样性研究中心（iDiv）和哈勒·维滕贝格马丁·路德大学（MLU）的研究人员领导的研究或许解开了谜底。该研究旨在探讨生物多样性在不同地理尺度上的同质化和差异化趋势。

这项研究通过分析长达500年的生态系统数据，挑战了科学界和公众对生物多样性变化方向的传统观念。传统上，人们普遍认为，生物多样性在面临危机时会出现“同质化”，即各地区和生态系统的物种趋于相似。然而，这项研究发现，在面对人类对环境的影响时，群落和物种之间的同质化和差异化趋势大致平衡。这为我们理解生物多样性变化提供了更为复杂和全面的视角，使我们需要超越同质化的“信念”，认识到生物多样性变化的方式可能更为多样。

本文共计2800字，阅读约6分钟

500年数据揭示：生物多样性变化并非单一趋势。

这项新研究发现，生物多样性在地理尺度上的同质化和差异化趋势大致相等，而这一结果与科学界的一种普遍期望是相悖的。德国综合生物多样性研究中心（iDiv）和哈勒·维滕贝格马丁·路德大学（MLU）的研究人员领导了这项研究，他们对长达500年的时间内从草地、灌木地到珊瑚礁等生态系统中收集的527个数据集进行了分析。这一分析是首次全面评估了地方和区域生物多样性如何在几个世纪内在不同地理环境中变化的。

该研究的第一作者、iDiv和MLU的Shane Blowes博士表示：“我们想要验证‘同质化’是否是‘生物多样性危机’的一个定义性的特征。通过结合尺度相关的经典生物多样性变化测度和前所未有的数据汇总，我们发现，随着人类对环境的持续影响，群落在时间上变得更为不同的可能性、与同质化的可能性，是相等的。”

上图：克氏原螯虾（Procambarus clarkii），也就是小龙虾，原产于墨西哥北部和美国东南部，是在德国淡水中繁衍生息的物种典范，推动了同质化现象。文字说明来源：iDiv。摄影©绿会融媒·海洋与湿地（OceanWetlands）

该分析整合了单个站点物种丰富度的变化测度与在一个景观或地理区域内多个站点的变化。这使研究人员能够确定物种组成是在站点间变得更加相似还是不同。他们发现，在物种组成的空间变化中没有变化是最常见的结果，尽管许多情况下群落在时间上会发生同质化和差异化。实际上，生物多样性变化在各个尺度上的净趋势通常如此微弱，以至于往往难以与零区分。

数据还显示，在许多个世纪内，由于群落中广泛分布的物种数量增加，导致较大区域的同质化趋势较弱；然而，这一趋势被更小尺度上的生物群落的差异化所平衡。这些发现在许多生命形式中都是一致的，包括鱼类、鸟类、植物和哺乳动物。

对于生物多样性变化的研究描绘了一个复杂的图景，研究人员对物种对人为变化的响应应如何描述常常存在不同看法。然而，“同质化”的这个概念，仍然是科学界和更广泛公众的一种普遍期望。

研究的高级作者、iDiv和MLU的Jonathan Chase教授解释说：“我们的分析揭示了这个问题的复杂性，这并不意味着世界上没有发生严重的变化，而是我们需要摆脱同质化是生物多样性主要变化方式的信念。”

上图：变化物种组成空间差异的机制可通过审视区域和局部尺度物种丰富度随时间变化的关系来理解。当以比例变化的方式计算区域（∆γ）和局部（∆α）尺度上的丰富度变化（即在对数尺度上），当群集位于虚线的1:1线以下时，即 ∆γ < ∆α，说明发生了同质化，β 多样性在减少，平均占用率在增加。反之，当群集位于对角虚线的1:1线以上时，即 ∆γ > ∆α，说明发生了差异化，β 多样性在增加，平均占用率在减少。同质化还可以进一步分为以下情况：(i) 物种占据率高（即在区域中占据大多数站点的物种）的数量增加；(ii) 低占用率物种（即在区域中占据少数站点的物种）被高占用率物种替代；(iii) 低占用率物种的数量减少。同样，差异化可以归因于以下情况：(iv) 高占用率物种的数量减少；(v) 低占用率物种替代了高占用率物种；(vi) 低占用率物种的数量增加。图片来源：Shane A. Blowes et al.

研究人员在研究中还呈现了描述物种占有情况变化的情景：“同质化”主要由平均占有情况的增加驱动，而“差异化”则由平均占有情况的减少驱动。

这些情景清楚地表明，即使是占有情况的微小变化，比如通过人工道路或围栏导致的景观碎片化、将植物和动物引入历史范围之外的区域以及气候变化，都可能使一个群落朝向同质化或差异化的方向倾斜。

这项研究为了解生物多样性变化的多尺度方法提供了明确的情景。Blowes补充说：“我们越来越发现，濒危动物需要在不同地方、或整个生态系统中进行保护，这样才能真正发挥效果。通过采用一个简单的计划，我们能更好地管理和保护生物多样性，必须理解这种多层次方法如何影响生物多样性。”

该研究的发现对于人类更好地理解生物多样性变化、制定有效的保护政策具有重要意义。它提醒我们，生物多样性的变化是一个复杂的过程，需要综合考虑不同尺度上的变化模式，以制定更为有效的保护措施、保护生物多样性。

感兴趣的“海洋与湿地”公众号读者可以参看全文：

Shane A. Blowes, Brian McGill, Viviana Brambilla, Cher F. Y. Chow, Thore Engel, Ada Fontrodona-Eslava, Inês S. Martins, Daniel McGlinn, Faye Moyes, Alban Sagouis, Hideyasu Shimadzu, Roel van Klink, Wu-Bing Xu, Nicholas J. Gotelli, Anne Magurran, Maria Dornelas, Jonathan M. Chase (2024). Synthesis reveals approximately balanced biotic differentiation and homogenization, Science Advances, DOI:10.1126/sciadv.adj9395

上图©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）工作组

海洋与湿地·小百科

同质化
同质化（Homogenization）：同质化指的是在一定时期内，不同地区或群落中的生物多样性逐渐变得相似或相同的趋势。这可能是由于人类活动、气候变化等因素导致物种构成的相似性增加，地区间差异减小的结果。
差异化差异化（Differentiation）：差异化则是指在一定时期内，不同地区或群落中的生物多样性逐渐变得不同或多样的趋势。这可能是由于局部环境差异、特定物种适应性演化等因素导致物种组成的差异性增加，地区间呈现多样性的结果。

思考题 | 举一反三

过去，人们普遍认为生物多样性危机导致了物种组成的空间变化普遍下降，即所谓的生物同质化。而这项研究的结果，显然挑战了这一想法。通过对461个生态群落和64份物种清单的调查，科学家们发现，尽管存在许多生物同质化和差异化的实例，但大多数情况下，物种组成的空间变化并没有明显的趋势，即“无变化”反而是最常见的结果。那么，接下来我们思考一下这几个问题，欢迎“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者们留言、分享您的看法：

Q1. 这项研究，是怎样挑战了科学界和公众对“生物多样性”变化方向的普遍看法？

Q2. 克氏原螯虾（小龙虾）在德国淡水中推动同质化的作用是什么？它如何说明引入的外来物种对当地生物多样性的影响？

Q3.通过分析527个数据集，这项研究如何提供对过去500年来跨越多个生态系统（如草地、灌丛和珊瑚礁）的本地和区域生物多样性变化综合评估的独特理解？

Q4. 小幅度的物种占用变化，例如由人造道路或围栏引起的景观碎片化、植物和动物引入历史边界以外的区域以及气候变化等，如何影响生物群落中的同质化和差异化之间的平衡？

END

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编译 |王芊佳

审核 | Maggie

排版 | 绿叶

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【参考资料】

• https://www.idiv.de/en/news/news_single_view/5256.html

• https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj9395

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