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为探究陆地哺乳动物剑齿象(Stegodon)如何跨海扩散至华莱士区(Wallacea),研究人员运用基于主体的模型 SEAcross 开展研究。结果发现其扩散模式与体型相关的游泳能力等因素有关,还明确了潜在扩散路线。该研究为解释剑齿象化石记录提供依据。
在远古时期,陆地哺乳动物若想进入华莱士区,必须跨越海峡。剑齿象作为已灭绝的长鼻目动物家族,在更新世成功定居在约十二个华莱士区岛屿上。然而,它们在这些岛屿上的分布模式却一直是个谜。这个谜团背后,涉及到剑齿象的游泳能力以及在岛屿上的体型变化(岛屿侏儒化现象)等复杂因素。长期以来,研究人员对剑齿象在华莱士区的扩散路线和成功定居的原因知之甚少,为了揭开这些神秘面纱,深入了解剑齿象的扩散历史,相关研究显得尤为重要。
来自多个研究机构的研究人员开展了关于剑齿象跨海扩散的研究。他们通过一系列模拟实验,运用基于主体的模型 SEAcross,对不同体型的剑齿象的游泳性能进行监测,测量其跨海成功率(CSR)。研究结果表明,剑齿象的扩散模式与体型相关的游泳性能、地理宽度、海流速度和方向密切相关。同时,研究还确定了剑齿象在华莱士区及周边地区的潜在扩散路线,为解释剑齿象的化石记录提供了重要依据。该研究成果发表在《Earth History and Biodiversity》上,对古生物学和生物地理学的发展具有重要意义。
在研究方法上,研究人员主要运用了基于主体的模型 SEAcross。该模型基于更复杂的 HoWCrossing ABM 模型开发,能够确定跨海成功率、计算消失案例和失败的跨海尝试次数。模型中的主体代表个体,当一定数量的个体到达目标海岸时,跨海才算成功。模型还考虑了海峡的宽度、海流特征以及动物的生理参数等因素。此外,研究人员通过设置不同的实验条件,对多个海峡进行测试,以获取可靠的研究数据。
研究结果部分:
- SEAcross 模型相关:SEAcross 模型旨在确定跨海成功率(CSR)等指标。模型中的环境设置包括海峡的宽度和海流特征,这些特征从相关地图中读取。代理(代表剑齿象个体)具有恐水分数、体重、头体长和种群大小等特征。研究设置了不同体型的剑齿象代理,以探究体型对游泳性能的影响。同时,考虑到岛屿侏儒化现象,研究确定了不同体型类别剑齿象的 CSR。通过计算有效宽度(EW)、有效偏移(ES)和有效距离(ED)等参数来评估跨海性能。实验进行了多次运行,以确保结果的统计学可靠性。
- 实验结果分析:多数海峡能被不同体型的剑齿象成功跨越,但有效距离超过 170 km 的海峡则无法跨越。CSR 与有效距离(ED)等因素相关,其中与 ED 的相关性最强。根据实验结果,海峡可分为 “好”“坏” 和存在显著差异的三类。在 “好” 海峡中,所有体型类别的剑齿象都能成功跨越且 CSR 无显著差异;在 “坏” 海峡中,所有剑齿象的跨海尝试均失败;在存在显著差异的海峡中,不同体型的剑齿象表现出不同的跨海能力。例如,在某些海峡中,较大体型的剑齿象能成功跨越,而较小体型的剑齿象则因速度慢、能量储备低等原因失败。
- 具体路线分析:对通往苏拉威西岛(Sulawesi)、弗洛雷斯岛(Flores)等岛屿的路线进行分析发现,不同路线的跨海难度不同。通往苏拉威西岛的直接路线和绕道路线都有各自的挑战,且部分路线受季节影响。通往弗洛雷斯岛的西部和北部路线在不同季节的跨海成功率也不同。围绕东努沙登加拉群岛的路线存在瓶颈,不同方向的扩散对剑齿象体型有不同要求。通往美拉尼西亚(Meganesia)的路线中,南部路线存在绝对扩散障碍,北部路线虽理论上可行,但目前缺乏剑齿象化石记录。此外,研究还对巽他陆架(Sundaland)的路线进行了分析,发现部分路线在特定季节存在瓶颈,且与该地区的古地理环境变化有关。
研究结论和讨论部分,研究人员通过模拟实验,深入探究了剑齿象在华莱士区及周边地区的跨海扩散模式。研究结果不仅为解释剑齿象的化石记录提供了新的视角,也有助于理解陆地哺乳动物在岛屿环境中的扩散和演化过程。同时,研究还指出了 SEAcross 模型的局限性,为后续研究提供了改进方向。该研究为古生物学和生物地理学领域的发展做出了重要贡献,为进一步研究生物的扩散和演化提供了宝贵的参考。