分析山脉的多样性

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分析山脉的多样性

山脉是全球生物多样性中心 - 它们拥有所有陆地物种的三分之一1。这些地方长期以来一直着迷于生物学家2，但众所周知难以探索和研究。我们对山区物种多样性分布的了解是不完整的，我们对单一山脉物种丰富度（物种总数）和新物种形成率（物种形成）的理解也不尽相同。在自然界的一篇论文中，Quintero和Jetz 3通过研究世界46个主要山脉上鸟类的多样性和进化来解决这些问题。

根据诸如基岩，崎岖不平，气候条件和该地区可用能源的因素，山脉在其所提供的环境中可能存在很大差异。此外，由于地形复杂性和沿着海拔梯度的栖息地类型的高度变化等因素，山脉往往相隔很远，居住在这些地方的生物可以在遗传上孤立的种群中持续存在。孤立的种群经常适应当地的环境和生态条件。当这些种群不再能够彼此繁殖时，它们就会形成新物种4。其中一个例子是蜂鸟Aglaiocercus kingii，它只在南美洲的安第斯山脉中发现。

蜂鸟Aglaiocercus kingii在厄瓜多尔。该物种仅限于南美洲的安第斯山脉。Quintero和Jetz 3开发了一种研究世界各地山区鸟类分布的方法，这可能有助于解决生物多样性如何以及何时沿着海拔梯度进化。

Quintero和Jetz使用从现有数据库和出版物中挖掘的当前鸟类分布的大规模数据集来描述海拔高度与物种丰富度之间的关系。作者合并了9,993种物种的数据，基本上代表了目前已知的所有鸟类。尽管在不同地区观察到的模式各不相同，但大多数地区的总体趋势是驼峰形状的曲线，其中物种丰富度在中等海拔处最高，随着海拔的增加而减少。

结果证实了从植物和鸟类的以前的研究结果5，6。这种类型的模式可能是由较高海拔地区可用于物种形成的较小区域驱动的，因为那里的环境条件比低地的环境条件更为极端。例如，白天和夜晚之间的大的温度波动，以及在较高海拔处增加的辐射和风的暴露可能限制能够应对这种条件的物种的数量。

作者使用了一些创新方法进行数据分析。它们旨在通过结合海拔和物种信息来捕捉生物多样性数据的三维结构。他们通过将鸟类数据分组为对应于包含特定高程范围的梯形棱镜的“切片部分”来进行分析。这使他们能够以改善常常忽视海拔的传统生态方法的方式评估山区的复杂性。

一些生物多样性分析可能受到诸如中域效应等问题的影响，其中由于物种范围7的空间重叠，物种丰富度峰值出现在区域中心周围。作者开发了一种子采样方法，提供了解决此问题的方法。他们统计了物种，但也考虑了每个物种在确定物种对物种丰富度的贡献时所占的总面积。该方法还使用复杂的随机化程序，该程序采用建模方法来估计物种的度量。

他们使用这种子采样方法的分析揭示了令人惊讶的结果，即随着海拔的增加，物种丰富度呈线性下降。然而，一个问题是，这种方法的二次采样物种丰富度估计可能无法与以常规方式计算的物种丰富度估算值直接相比 - 作为物种总数。此外，每个物种的范围大小可能是与其进化历史相关的因素，因此与理解山地物种的进化有关。可能需要进一步的研究来评估这种二次抽样多样性度量的适用性。

Quintero和Jetz发现的另一个甚至更有趣的发现涉及观察到的物种多样性模式的潜在过程。作者使用先前估计的关于他们研究的鸟类之间的进化关系的8个 信息来计算沿着海拔梯度的物种形成率。他们发现这个速率与二次采样物种丰富度成反比关系：也就是说，物种以物种丰富度最低的最高速率形成，这对应于山顶。作者对此的解释是，环境稳定的低地具有高度多样性，而在高海拔地区，多样性主要取决于气候变化期间频繁的移民和物种的快速替代。

对山区生物多样性研究的一个主要限制是现有数据的稀缺性。Quintero和Jetz的研究使用现有的多样性数据，水平分辨率至少为110公里，海拔高度为500米。考虑到环境和生态条件可以在几百米的距离内变化很大，这种规模对于许多山来说可能相当粗糙。虽然鸟类是地球上最好的地理记录组，有超过5.64亿公开记录（见www.gbif.org），但令人惊讶的是，它们在许多山区的多样性仍然记录不足。

不幸的是，缺乏与生物学家最相关的地质数据。因此，Quintero和Jetz必须通过使用关键变量的平均值（例如山脉年龄）来简化分析中的地质复杂性。这些因素以及物种之间的生态相互作用可能会影响物种形成过程9，并且可能在一个山脉中变化。

物种形成率也很难估计，特别是在长时间尺度和鸟类等缺乏丰富化石记录的群体中。这项新研究的一个潜在缺点是，物种之间的许多关系及其估计的起源时间是根据有限的遗传信息和不考虑系统发育过程中有时出现的困难的方法计算出来的。树木。在某些情况下，建议的关系可能仅依赖于鸟类形状和形态（形态）的比较而不是遗传数据。

在完全了解鸟类的系统发育之前还有很长的路要走10。正在开展大规模的活动，对所有鸟类的基因组进行测序，以确定更可靠的鸟类间关系估计，并提高对其进化历史的理解11。

Quintero和Jetz的结果揭示了海拔，物种丰富度和多样化之间的一般和意外的关系。科学家和观鸟者在现场进行的额外数据收集将是必不可少的，并且随着Quintero和Jetz带头的数据整合和分析，应该提供更多的见解。特别有趣的是，Quintero和Jetz报道的趋势是否适用于世界其他物种，即使在全球12级，其多样性和分布仍然知之甚少- 更不用说沿着山脉的高程梯度。

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