深海海星多样性分布格局：跨纬度和海洋的竞争过程塑造了深海海底生物多样性

本研究通过分析约20万条海星(Asteroidea)物种分布记录，首次揭示了深海海底生物多样性的全球分布格局及其驱动机制。研究发现物种丰富度与温度和营养通量显著相关，但在不同海洋和纬度呈现明显差异；特别揭示了1.5°C的深海温度阈值对生物多样性的限制作用，为理解深海生态系统形成机制提供了新视角。

　　

深海作为地球上最大的可栖息环境，占据了地球表面积的90%，然而我们对深海生物多样性分布格局及其形成机制的认识仍然十分有限。以往研究多局限于特定区域或少数类群，且常受采样偏差和分类不完整性的影响。这种认知空白使得我们难以理解深海生态系统如何响应气候变化和人类活动带来的压力。

在这项发表于《Nature Ecology & Evolution》的研究中，来自英国自然历史博物馆的研究团队选择海星纲(Asteroidea)作为研究对象——这个完全海洋性、全球分布的底栖类群，是探索海底生物多样性格局的理想模型。研究人员整合了来自OBIS、GBIF和文献记录的256,861条物种分布数据，覆盖1,751个物种（占已知物种的91.4%），跨越160°纬度和7,500米水深梯度，构建了迄今最全面的海星生物多样性数据库。

研究采用了创新的"信息插值法"处理数据稀疏区域，结合空间线性模型(SLM)和随机森林回归分析，系统评估了温度、溶解氧、盐度、硝酸盐和颗粒有机碳(POC)通量等环境因子对多样性分布的影响。主要技术方法包括：(1)整合多源物种分布数据并进行严格的质量控制；(2)基于海洋生态区划进行β多样性分析；(3)按深度分层(浅海0-200m、上深海200-2,000m、下深海2,000-6,000m)进行环境关联分析；(4)使用S?rensen系数和UPGMA算法分析区域间物种组成差异。

全球物种丰富度格局

研究发现浅海物种丰富度在赤道以北10°的热带水域达到峰值，与海底温度变化高度吻合。而在深海区域，物种丰富度在温带纬度(35-50°N和40-60°S)呈现双峰分布，这种格局在多个类群中均有发现但机制不明。值得注意的是，从浅海到深海的物种丰富度下降速率在热带(~40%)显著高于温带(~15%)和极地(~20%)。

半球与海洋差异

研究揭示了显著的半球不对称性：在南海，水深100米以下温带物种丰富度就已超过热带；而北海这一转变发生在约750米深处。在所有深度，赤道以北的物种丰富度普遍更高，但极地水域例外——南极的物种丰富度显著高于北极。大西洋和印太海域的多样性分布模式截然不同：大西洋多样性集中在赤道以北，而印太海域则集中在赤道以南。

环境驱动机制

温度与POC通量的相对重要性随深度变化：在浅海，温度是多样性的主要驱动因子；在深海，POC通量的作用增强。特别重要的是，研究发现1-1.5°C的温度阈值限制了深海物种丰富度——低于此阈值时，即使POC通量增加也难以维持高多样性。这一发现挑战了传统认为深海是"热均质环境"的观点。

系统发育影响

通过分析38个科的分布格局，研究发现11个科局限于浅海热带，而深海科往往分布更广。南极特有科的存在与北极缺乏特有科形成鲜明对比，反映了两个极区不同的地质历史和隔离程度。

这项研究首次在全球尺度上揭示了温度阈值对深海生物多样性的关键限制作用，为理解海洋生物地理格局的形成机制提供了新视角。研究建立的跨纬度、跨深度分析框架，为预测气候变化对深海生态系统的影响提供了重要基线。随着深海采矿等人类活动的增加，这些发现对制定深海保护策略具有重要指导意义。研究强调了对热带和极地这两个关键区域加强科学考察的紧迫性，这些区域既是生物多样性热点，也是受气候变化威胁最严重的区域。