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在全球生态环境变化背景下,研究人员针对台湾岛山地生物多样性保护难题,开展对两种鸣禽(栗头凤鹛 Cyanoderma ruficeps 和红头长尾山雀 Sinosuthora webbiana)低、高海拔种群灭绝风险的研究,发现低海拔种群灭绝风险升高,强调了保护低海拔生物多样性的重要性。
在地球的生态版图中,山地,尤其是热带地区的山地,堪称生物多样性的璀璨宝库。这里虽仅占地球陆地面积的 25%,却滋养着超过 85% 的陆地脊椎动物物种,许多还是独一无二的特有种。然而,这座宝库正遭受着气候变化与人类活动的双重 “攻击”。
随着气候持续变暖,物种为了寻找适宜的生存环境,纷纷向高海拔地区迁徙,这使得高海拔地区的生物面临着栖息地被压缩的困境。而低海拔地区也好不到哪儿去,密集的人类活动如开垦土地、建设城市等,让这里的生物栖息地不断缩减,生物多样性急剧下降。但目前,科学界对于山地生物多样性面临的主要威胁究竟来自高海拔还是低海拔,尚无定论,这成为了山地生态系统保护路上的一大阻碍。
为了填补这一认知空白,来自国内的研究人员将目光聚焦于台湾岛,以两种广泛分布的鸣禽 —— 栗头凤鹛(Cyanoderma ruficeps)和红头长尾山雀(Sinosuthora webbiana)为研究对象,开展了一项极具意义的研究。这项研究成果发表在《Avian Research》上,为我们深入了解山地生物多样性的现状与未来提供了关键线索。
研究人员运用了多种关键技术方法来开展研究。在基因组分析方面,他们重新组装了两种鸟类的基因组到假染色体水平,以此为基础进行后续分析。同时,利用公开的种群基因组数据集,通过一系列数据处理和筛选流程,获得高质量的单核苷酸多态性(SNP)数据。此外,运用主成分分析(PCA)、遗传聚类分析等方法研究种群遗传结构,通过计算核苷酸多样性(θπ)、近交系数(FROH)评估种群遗传特征,借助 BA3 - SNPs v3.0.5 软件估计基因流,运用 SMC++ 分析重建种群历史动态,还利用生物多样性完整性指数评估环境扰动情况。
研究结果主要从以下几个方面呈现:
- 种群基因组数据集和遗传分层:成功组装高质量基因组,测序深度未对研究产生显著影响。Admixture 分析显示两种鸟类遗传分层较弱,PCA 分析表明东部山坡(ECMT)种群分化更明显。
- 遗传多样性、近交系数和遗传负荷:在 ECMT,高海拔种群遗传多样性(θπ)更高,红头长尾山雀低海拔种群近交系数(FROH)更高,且两个物种低海拔种群全基因组遗传负荷更高。在西部山坡(WCMT),情况有所不同,基因流影响了遗传负荷的分布。
- 近期基因流:红头长尾山雀在 WCMT 存在从低海拔到高海拔的显著基因流,栗头凤鹛则有从高海拔向低海拔及 ECMT 种群的基因流。
- 生物多样性完整性:无论是 ECMT 还是 WCMT,低海拔地区生物多样性完整性指数均显著低于高海拔地区,意味着低海拔环境扰动更强。
- 历史种群动态:两种鸟类自晚更新世以来种群数量持续大幅下降,约 100 年前低海拔种群有效种群大小(Ne)高于高海拔种群,但近期种群轨迹不明。
研究结论和讨论部分指出,台湾岛东部山坡两种鸣禽低海拔种群基因组遗传负荷增加,支持了 “低海拔风险假说”。尽管历史上低海拔种群有效种群大小较高,但现代高强度的生态扰动,如森林砍伐等,导致种群数量下降、遗传多样性减少、近交增加,进而加剧遗传漂变和有害突变积累,使低海拔种群灭绝风险升高。而在西部山坡,虽然低海拔生态扰动也强,但大量的基因流使得种群基因库趋于同质化,减轻了遗传负荷的积累,凸显了种群连通性对维持种群生存能力的重要性。
这项研究意义重大,它明确了低海拔山地生物多样性面临的严峻形势,为生物多样性保护提供了关键的科学依据。研究结果警示我们,在全球变化的大背景下,应加大对低海拔山地生物多样性的保护力度,同时重视保护种群之间的连通性,这对于维护整个山地生态系统的稳定和生物多样性的可持续发展至关重要。