全球灭绝危机下鸟类形态和系统发育多样性的同质化 | Cell Press青促会述评

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作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2022年第二十四期（总第108期）专栏文章，由来自中国科学院动物研究所助理研究员张德志，就Current Biology中的论文发表述评。

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生物多样性正面临全球性的灭绝危机，这将导致进化历史和生态特征多样性的减少，并最终影响生态系统功能和服务。物种灭绝风险在整个生命树上的不均匀分布预计将导致物种的生态规模缩小，其中个体最大、寿命更长且后代更少的物种更容易消失。物种的灭绝如何影响全球范围内的形态和系统发育多样性是理解生物多样性灭绝危机的关键挑战。来自英国谢菲尔德大学Emma Hughes等人系统地研究了鸟类的物种灭绝导致鸟类的形态和系统发育的同质化，该研究表明物种灭绝对鸟类生态策略多样性的影响比预估的要大得多，这会导致生态系统服务功能的降低，最终对人类产生重要的影响。

通过分析8455种鸟类的生态功能相关的形态特征，包括鸟喙的大小与形状、跗趾长以及体型大小，研究者们首先构建了鸟类的形态空间（morphospace）的分布。结果表明越是濒危的物种，其形态特征越是远离平均值（图1），也就是说濒危物种整体上具有较特殊的形态特征。同时研究还发现体型最大和最小的物种可能面临最大的灭绝风险。整体上受胁物种的灭绝将显著地导致鸟类的形态同质化，即形态多样性显著降低，但对系统发育多样性的影响不显著。然而，不同的陆地生物群落（terrestrial biome，主要生境类型）和陆地生态区域（terrestrial ecoregion，包含不同自然群落、物种、动态和环境条件组合的土地单位）对物种灭绝的响应并不相同。研究者们划分了14个陆地生物群落和814个陆地生态区域。以陆地生物群落为例，形态和系统发育多样性均呈现明显的纬度梯度格局（图2A和B）。如果极度濒危（CR）鸟类物种全部灭绝，14个生物群落中的12个（86%）将经历形态同质化，其中热带干燥及湿润森林以及泛滥草甸将受到最重的影响（图2C）。随着濒危（EN）、易危（VU）和近危（NT）物种的进一步灭绝，所有生物群落都将经历形态同质化，而山地草原生物群落受到濒危（EN）物种灭绝的影响最大（图 2E）。另外，当极度濒危物种灭绝时，除了地中海森林会经历显著的系统发育多样性的同质化以外，其它生物群落未显示出明显的同质化（图2D）。同样，当濒危物种进一步灭绝，只有温带阔叶林生物群落受到系统发育多样性下降的威胁（图2F）。本研究通过对鸟类的分析，揭示了物种灭绝将如何导致与生态功能相关的形态特征以及系统发育多样性的降低，这种降低可能进一步导致生态系统服务的下降，并最终波及人类自身。上述工作于7月21日发表在Cell Press旗下旗舰刊Current Biology上。

（https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.06.018）

▲图1  每个IUCN受胁类别中鸟类形态空间分数的质心距离分布。质心距离指每个物种到形态空间中心的欧几里得距离，形态空间的质心为0。所有鸟类（All），极度濒危（CR）， 濒危 (EN)、易危 (VU)、近危 (NT) 和无危 (LC)。到质心的平均距离越高，物种离中心越远。该结果表明受胁程度越高的物种，其形态特征越远离平均值。

▲图2  鸟类在各个陆地生物群落中的形态多样性和系统发育多样性的变化。8426种鸟类在14个陆地生物群落中（A）原始形态的总量（以到质心的平均距离表示；颜色越暗，越靠近质心，形态多样性越低）和（B）系统发育多样性的总量（颜色越暗，系统发育多样性越低）。去除极度濒危物种（CR）之后的（C）形态多样性的标准效应指数（SES）和（D）系统发育多样性的标准效应指数；进一步去除濒危物种（EN）之后的（E）形态多样性的SES和（F）系统发育多样性的SES；颜色越深表示SES值比预期更低，SES < -2表示同质化显著。

论文摘要

生物多样性正面临全球灭绝危机，这将减少生态特征多样性和进化历史，并最终降低生态系统的功能和服务。一个关键挑战是了解物种的灭绝如何影响全球范围内的形态和系统发育多样性。本研究检验了有灭绝风险物种的灭绝是否会导致整个鸟类以及全球生物群落和生态区域内的形态和系统发育的同质化。研究使用从博物馆收藏的8455种鸟类中提取的一套全面的连续形态特征，并将其中灭绝威胁最大到最小的物种依次移除。随着受胁物种的移除，研究发现了鸟类的形态学特征同质化的证据，物种在形态方面变得更加相似，但是没有发现系统发育多样性的同质化。大多数生物群落和生态区域形态多样性下降的速度比仅采用物种损失所做的预测要更快，其中受影响最大的地区是东亚和喜马拉雅地区。只有小部分区域受到系统发育同质化的威胁，特别是中南半岛的部分地区。物种灭绝将导致鸟类生态策略多样性的严重降低，但不会导致系统发育多样性的类似下降。随着具有独特性状的物种的减少及其被更广泛的普通物种所取代，保护最容易受到形态和系统发育同质化影响的区域应该是一个关键的保护优先事项。

Biodiversity is facing a global extinction crisis that will reduce ecological trait diversity, evolutionary history, and ultimately ecosystem functioning and services.  A key challenge is understanding how species losses will impact morphological and phylogenetic diversity at global scale. Here, we test whether the loss of species threatened with extinction according to the IUCN leads to morphological and phylogenetic homogenization across both the whole avian class and within each biome and ecoregion globally. We use a comprehensive set of continuous morphological traits extracted from museum collections of 8,455 bird species, including geometric morphometric beak shape data, and sequentially remove species from those at most to least threat of extinction. We find evidence of morphological, but not phylogenetic, homogenization across the avian class, with species becoming more alike in terms of their morphology. We find that most biome and ecoregions are expected to lose morphological diversity at a greater rate than predicted by species loss alone, with the most imperiled regions found in East Asia and the Himalayan uplands and foothills. Only a small proportion of assemblages are threatened with phylogenetic homogenization, in particular parts of Indochina. Species extinctions will lead to a major loss of avian ecological strategies, but not a comparable loss of phylogenetic diversity. As the decline of species with unique traits and their replacement with more widespread generalist species continues, the protection of assemblages at most risk of morphological and phylogenetic homogenization should be a key conservation priority.

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述评人简介

张德志

中国科学院动物研究所

助理研究员

[e-mail]

张德志，博士，中国科学院动物研究所鸟类学研究组助理研究员。主要从事鸟类的物种形成和系统发育方面的研究，重点关注种间基因流、迁徙行为的演化和保护基因组学。目前在Systematic Biology、Molecular Biology and Evolution和Molecular Ecology等专业期刊上发表论文多篇。

Dezhi Zhang, Ph.D., assistant professor in Ornithological Research Group of the Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences. His major research interests are speciation and phylogenetic reconstruction of birds, with particular focuses on interspecific gene flow, evolution of migration and conservation genomics. He has published papers on Systematic Biology, Molecular Biology and Evolution, Molecular Ecology, etc. 

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相关论文信息

原文刊载于CellPress细胞出版社

旗下期刊Current Biology上，

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