图：安徽黄山 | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）


印第安纳大学的研究人员共同撰写的一项新研究揭示了山脉的变化如何影响物种的进化。研究人员在发表于《科学》（Science）的题为 “山脉隆起和地形对生物多样性的直接影响”的研究中发现，生物多样性随着山脉的升高而增加，这表明地质过程在地球生命的形成过程中发挥了直接作用。


在他们的研究中，作者利用先进的计算机模型来探索物种是如何随着地貌的变化而进化的，他们的发现揭示了构造抬升的速度和幅度与新物种的产生之间的密切联系，尤其是在啮齿动物等小型哺乳动物中。


这些发现对进化生物学、古生物学和自然保护具有重大意义。通过建立地质活动与生物多样性之间的直接联系，该研究为了解过去的气候和构造变化如何在数百万年中塑造生态系统提供了一个框架。


该研究由马萨诸塞大学阿默斯特分校博士后研究员Eyal Marder、地球与大气科学副教授Brian Yanites等人共同完成。

山脉是生物多样性的热点地区

几十年来，科学家们观察到山区拥有令人难以置信的生物多样性。然而，目前仍不清楚丰富的生物多样性是进化过程对景观变化的反应，还是其他因素在起作用。


这项新研究提供了证据，表明山脉的崛起直接促进了物种多样性，因为它创造了新的栖息地并隔离了种群，从而形成了新物种。

该团队以“Adascape”为基础，这是一个专门的计算机模型，可以模拟物种如何随着景观的变化而进化，并开发了新的特殊计算机程序来创建一个虚拟世界，在这个虚拟世界中，他们可以观察到不同物种在数百万年内随着山脉的缓慢形成而如何变化和生长。


计算机模型帮助科学家了解新物种是如何出现的，以及动物如何随着山脉的上升而移动。


Yanites教授指出：“模拟显示，随着山脉的上升，物种会适应新的海拔高度并在地理上变得孤立，从而通过一种称为异域物种形成的过程刺激新物种的出现。”


造山运动带来多样性


苏黎世联邦理工学院景观生态学教授Loïc Pellissier领导的研究发现：生物多样性是在山区建设和气候变化的动态变化中产生的。


Pellissier教授说：“我们的研究模型证实，古环境动力学的差异造成了生物多样性的不均衡分布，而不是当前的气候因素。地质过程以及全球温度波动决定了物种出现或灭绝的时间和地点。”


有一个因素对一个大陆的生物多样性至关重要：地质动态。活跃的板块构造促进了山脉的形成（如南美洲的安第斯山脉）和群岛的出现（如东南亚）。这两个过程产生了许多新的生态位，进而产生了许多新物种。


造山运动与生物多样性的联系


为了了解造山运动与生物多样性之间的联系，研究人员在2000万年的时间范围内进行了模拟。他们从一片平坦的地貌开始，那里居住着一种啮齿类哺乳动物。随着虚拟山脉的形成，这些动物分散开来，适应周围环境，最终进化成多个不同的物种。


这项研究的一个关键方面是研究山区的生物多样性模式与相邻低地相比如何，而低地的化石记录保存得更普遍。

研究人员发现，虽然物种起源于山区，但许多物种最终扩散到了海拔较低的地区，这有助于解释古代化石记录中的模式。例如，大约1500万年前，美国西部的生物化石多样性激增，这可能与当地山脉的生长以及盆地和山脉省地理区域的沉积物汇有关。


Marder博士说：“这项研究让我们对地球物理过程如何影响生物多样性有了新的认识，它还强调了正在发生的地质变化在未来会如何继续影响生物多样性。”


Yanites教授强调了在理解进化过程中整合地质学和生物学的重要性。他说：“我们通常认为地貌是进化的被动背景，但这项研究表明，它们是塑造生物多样性的积极参与者。”


此外，这项研究可能有助于指导保护工作；随着气候变化和人类活动对山区生态系统的改变，了解物种如何应对环境变化可以为保护这些地区生物多样性的战略提供信息。


保护主义者也许可以利用这些发现来预测哪些物种最容易受到环境变化的影响，并制定有针对性的策略来保护山区的生物多样性。


研究生命进化的新方法

研究人员认为，他们的建模方法可应用于其他类型的地貌和物种群，为研究环境变化的长期影响提供了一种新方法。未来的工作可能会整合化石证据和基因数据，以进一步验证这些模型，并完善关于物种如何随着地貌变化而进化的预测。


重要的是，这项研究强调了地球地质史和生物史之间的深刻联系，揭示了建造山脉的力量也塑造了山脉周围的生命多样性。

山脉隆起通过地形隔离、生境多样化、气候调节和河流重塑等机制，在数百万年尺度上驱动生物多样性变化。其影响不仅限于局部区域，还通过气候和生物地理网络塑造大陆乃至全球的物种分布格局。未来研究需整合地质、气候和基因组数据，以揭示不同山脉系统的特异性与普适规律。


（注：译文仅供资讯参考，不代表平台观点）


编译 | Maggie

审核 | Richard

排版 | 绿叶


参考资料略

来源: 海洋与湿地