地球生物地理区生物多样性组织的普适性核心-过渡带模式

本研究揭示了全球生物地理区内生物多样性呈现一致的"核心-过渡带"空间组织模式。研究人员通过分析7大类群（两栖类、鸟类等）超过3万种生物的分布数据，发现所有生物地理区均可划分为7种具有特定生物多样性组合（物种丰富度、分布范围等）的区域类型，这些区域从核心区到过渡带呈有序层级排列。该模式由区域热点和可渗透边界的环境过滤作用共同驱动，这种区域机制同时塑造了全球物种丰富度格局。

　　

生物多样性在地球表面的分布并非随机，而是呈现出明显的区域化格局。自19世纪Alfred Wallace开创生物地理区划研究以来，科学家们一直试图理解这种空间组织背后的规律。然而，长期以来存在一个关键争议：不同生物类群和地区的生物多样性组织模式究竟是受特定环境历史条件主导的"情境依赖性"过程，还是存在跨类群、跨区域的普适性机制？这个问题直接关系到我们对生命分布格局形成机制的根本理解。

西班牙多诺斯蒂亚国际物理中心、瑞典于默奥大学等机构的研究团队在《Nature Ecology & Evolution》发表的重要研究，通过整合网络科学和宏观生态学方法，对这个问题给出了突破性解答。研究团队收集了包括两栖动物（6,563种）、非海洋鸟类（9,752种）等7大类群超过3万种生物的全球分布数据，创新性地采用信息论算法Infomap划分生物地理区，并构建了四个关键生物多样性指标（物种丰富度、区系重叠度、物种占据度和特有性）。通过机器学习聚类分析发现，所有生物地理区都遵循一致的"核心-过渡带"组织模式，从区域核心到过渡带呈现生物多样性特征的梯度变化。这一发现揭示了环境过滤作用在塑造全球生物多样性格局中的核心地位。

研究主要采用了三项关键技术方法：（1）基于Infomap算法的生物地理区划，通过信息论原理识别物种-网格单元的共现模块；（2）网络制图学方法量化四个生物多样性维度（相对物种丰富度z_cell
、区系重叠度C_cell
等）；（3）k-means聚类识别跨类群的生物地理扇区，结合主成分分析和嵌套性-周转分解揭示组织机制。数据涵盖全球48,870个网格单元，包括海洋（444km分辨率）和陆地（55-111km）生态系统。

生物多样性的一般组织模式

研究通过整合7大类群数据进行的k-means聚类分析，发现所有生物地理区均可划分为7种基本扇区类型。这些扇区呈现出从核心到过渡带的有序邻接模式：核心区具有高物种丰富度（中位数z_cell
=1.2）、低区系重叠（C_cell
=0.15）和高特有性（中位数C_spp
=0.9），而过渡带则相反。主成分分析显示前两个主轴分别解释了62%和22%的变异，对应"核心-过渡"梯度。值得注意的是，这种模式在不同类群间高度一致，如鸟类核心区占区域面积30%却包含90%的特有物种。

潜在机制

多变量分析表明，97.7%的生物地理扇区与环境条件显著相关（中位数McFadden伪R²
=0.32）。温度、降水（陆地类群）和盐度（海洋类群）是关键驱动因子。更关键的是，群落差异的77±2%源于嵌套性而非物种周转，支持"环境过滤"假说：核心区作为物种源，耐受性强的物种向外扩散形成分布梯度；同时边界渗透性受环境过滤调控，形成区系重叠梯度。历史气候分析进一步支持末次盛冰期以来环境过滤的持续作用。

跨尺度影响

通过方差分解发现，区域物种库大小（均值解释力39±6%）与物种分选过程（特征种25±6%，非特征种6±1%）对局地物种丰富度的贡献相当。这表明传统关注的区域物种形成-灭绝过程与本研究揭示的环境过滤机制同等重要，为理解全球生物多样性分布提供了新维度。

这项研究首次系统揭示了生物地理区生物多样性组织的普适性规律，建立了"核心-过渡带"理论框架。其重要意义在于：（1）统一了看似矛盾的"情境依赖"与"普适模式"之争，证明环境过滤是跨类群的共性机制；（2）发现核心区（仅占30%面积） disproportionately地维持生物多样性，为全球保护优先区划定提供科学依据；（3）提出的四维生物多样性指标体系（丰富度-重叠度-占据度-特有性）为未来研究提供了新范式。该成果不仅推动了生物地理学理论发展，也为理解人类世生物多样性变化提供了基准参照。正如作者R. Bernardo-Madrid所述："这种普遍存在的组织模式暗示了支配地球生命分布的基本法则"。