《Science》给出的125个科学问题(13)：生物的多样性

 

13. 什么决定了物种的多样性？

（What Determines Species Diversity ? ）
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（本文来自科学网张林的博客）

题记：思考生物的多样性，也许你会想到：动物或人之所以长成固定而又不同的形状，到底决定于什么，能否通过改变控制和创造新的物种，甚至对人类而言可否不通过外科手术让人的肤色、面部结构更加完美？

地球上存在着无数的各种各样的植物、动物和微生物，它们充斥着地球上每一块陆地的每个角落和每一片海洋的每一条缝隙。它们的存在和活动使得世界得以运转，首先它们能将阳光转化成其他生命能够加以利用的能源，使碳和氮在无机物和有机物的形式间循环转化，其次它们的存在和活动在不断美化和修饰着地球的表面。

图：生物的多样性

另一方面我们会发现在地球的一些地方和群落中，存在着数以百计的物种，而在另一些地方和群落里，只有很少种类的物种获得发展进化。例如，相对于高纬度地区的热带地区就是一个存在复杂生物的天堂。生物学家们正在努力寻找其中的缘由。环境和生命机体之间以及生物体之间的相互作用本身都在促进或者抑制生物多样性上扮演着重要角色，此外人类的干扰，捕食者与被捕食者的关系以及物种间食物网的联系同样对生物的多样性起着重要作用。但是上述因素和其他力量之间究竟是如何通过协同作用来塑造生物的多样性，目前仍是个谜团。

然而揭开生物多样性问题的挑战实在是令人望而生畏。首先生物多样性的基线数据目前都还十分匮乏，例如地球上到底存在有多少种植物和动物目前研究人员都还不清楚，更别说要去预测构成复杂微生物世界有机体的数目和种类了。研究者们探索生物多样性的进化过程以及多样性的限制同样也缺少一个标准的时间尺度，因为多样性的发生所经历的时间从数天到数百万年不等。另外，同一个物种间的变异可以与两个密切相关的不同物种间的变异一样多。遗传变异能否产生一个新的物种，或者基因变异对物种能否形成真实的影响，目前都还不清楚。

理解形成物种多样性的原因需要做大量的跨学科的努力，包括古生物学的诠释、野外实地调察、实验室试验、基因组比较以及卓有成效的大数据统计分析。现有的为数不多的详尽的物种记录，比如联合国千禧年计划和对环球海洋微生物的基因评估，应该会提高基线数据，但它们仅能触及到问题的表面。一个能够预测出一个物种何时分化为两个物种的模型将会对解决问题有所帮助。还有一个新兴的学科，称为发育进化学，也在致力于研究基因是怎样参与到有助于物种进化和发育的过程中。这些努力加在一起，将对生命体演化历史的阐明大有帮助。

古生物学家们在追踪过去千年间不同有机体分布范围的扩张与收缩方面也已经取得进展。他们发现，地理分布在物种形成中也扮演重要的角色。未来的研究将继续揭示物种的大规模分布模式的变化，并且可能会在大量物种消亡的起源以及这些大灾难对于新物种进化的影响方面带来更多的曙光。

从植物和动物的野外调查中，研究者们还发现栖息地可以影响物种的形态和行为—尤其是对生物的性选择的影响—从而加快或者减慢了物种的形成。另外进化生物学家们也已经发现使物种形成产生停滞的原因，例如，已经分离的种群重新获得联系，将会使本来会发生分歧的基因组均质化。分子力，比如产生低变异率或进行减数分裂的分子力，可以使得某种特定的等位基因具有更高的可能性从上一代传递到下一代，从而大大影响了新物种形成的速度。

而且在某些情况下，即使在一个生态系统中，其多样性的分布也有差异。比如某一生态系统的边缘（顶层或底层）所能支持的物种个数有时要比其内部所拥有的物种要少。

所以进化生物学家才刚刚开始寻找在不同生物群体中这些因素是如何以不同方式交织在一起的。这个任务现在变得非常紧迫：找出塑造生物多样性的推手对于理解当今世界正在经历的物种灭绝浪潮的性质并制定出相应对策去减缓它是非常重要的。

Elizabeth Pennisi(伊丽莎白.彭尼斯)