植物通过种子传播繁殖,往往依赖野生动物携带种子,让后代不会在母株的荫蔽下生长。
如今,地球物种正以惊人的速度消失,这或许意味着地球正在经历历史上的第六次大灭绝,并可能影响种子传播。
全球传播到足够远距离、以通过迁移分布范围跟上气候变化的种子减少了60%。
想象一棵成熟、枝叶宽展的大树,比如橡树、枫树或无花果树。它如何繁殖,才能让后代不在自己的荫蔽下长大,不必争夺阳光?
答案是种子传播。植物演化出了多种策略,将种子传播到远离母株的地方。有些植物会产生能随风飘浮的种子。另一些植物的果实会迸裂,将种子弹射出去。
超过半数的植物依赖野生动物传播种子。通常,动物会吃下植物的果实,或把坚果带走,然后将种子排泄或丢落在别处。在热带雨林中,动物传播的种子来自多达90%的树种。
如今,地球物种正以惊人的速度消失,这或许意味着地球正在经历历史上的第六次大灭绝。在一项新近发表的研究中,我们考察了这种物种流失对种子传播意味着什么,重点关注传播肉质果实植物种子的鸟类和哺乳动物。
我们评估了种子传播者如何帮助植物迁移其地理分布范围,抵达新近适宜生长的栖息地——这是一种应对气候变化、实现存续的关键机制。如果传播出去的种子不足以追随植物所需的温度、降水等环境条件,植物就可能被困在难以存活的环境中。这可能导致植物物种消失,以及它们提供的宝贵产品和服务流失,涉及食物到碳储存等方面。
植物迁移的新时代
数百万年来,动物一直在传播种子,但在现代,植物与种子传播者之间的关系已发生巨大变化。
加利福尼亚的浆果如今不再被灰熊吃掉;灰熊早在一个世纪前就已从该州消失。在马达加斯加岛,种子不再随着大猩猩般大小的狐猴的肠胃四处传播;这些狐猴约在2300年前就在当地灭绝了。在法国,种子也不再搭乘曾生活在当地的狮子的皮毛,或夹在犀牛的脚趾间传播,正如史前洞穴壁画所展现的那样。如今动物传播种子时,它们的迁移往往受到道路、农田或建成区的阻碍。
对于大多数由动物传播种子的植物——尤其是种子较大的植物,它们需要大型动物,例如貘、大象和犀鸟来传播种子——这些变化意味着种子传播大幅减少,植物迁移也大大放缓。
我们团队的研究以及许多同事的工作揭示了种子传播者消失时所产生的负面生态后果 。如今,研究人员正在评估种子传播减少如何影响植物应对气候变化。如今,研究人员正在评估种子传播减少如何影响植物应对气候变化。
量化失去的种子传播能力
数千种种子传播者和数万种由动物传播种子的植物中,只有一小部分得到过研究 者的直接研究。许多种子传播者物种已经灭绝,或极其稀少,根本无法开展研究。
为克服这一挑战,我们汇总了已发表研究中的数据,了解哪些鸟类和哺乳动物种子传播者会吃哪些果实、它们能将种子传播多远,以及它们的消化系统如何影响种子、促进或妨碍萌发。这三个环节共同说明了成功传播种子的条件:种子必须脱离母株,传播到一定距离之外,并存活下来长成幼苗。
接下来,我们使用了机器学习,根据各物种的特征预测种子传播情况。例如,北美一种中型鸫鸟的数据,可以帮助我们模拟亚洲一种中型鸫鸟如何传播种子,即使后者从未被直接研究过。
利用训练好的模型,我们得以估算每种鸟类和哺乳动物传播种子的情况,包括没有任何物种特定种子传播过程数据的稀有或灭绝物种。
最后一步是将当前的种子传播情况,与没有发生物种灭绝和分布范围收缩时可能出现的情况进行比较。对于结出肉质果实的植物,我们估计,由于鸟类和哺乳动物数量减少,全球能够传播到足够远距离、以通过迁移分布范围跟上气候变化的种子减少了60%。此外,我们估计,如果倭黑猩猩、草原象和盔犀鸟等目前濒危的种子传播者物种灭绝,全球种子传播量还会再下降15%。
过去种子传播者减少造成的影响,在北美、欧洲和南美洲南部等地区最为显著。未来濒危物种的消失,对东南亚和马达加斯加等地区的影响将最为严重。
种子传播者减少后,能够传播到足够远距离、让植物通过迁移分布范围来适应气候变化的种子也会减少。
种子传播者帮助维持森林
种子传播也有助于森林和其他自然生态系统从野火、森林砍伐等干扰中恢复。这意味着哺乳动物和鸟类在维系自然植被方面发挥着重要作用。
全球大多数森林的恢复依靠种子传播和森林自然再生,而非人们种植树木。动物传播种子对热带森林尤其重要,因为热带森林在遭到伐木或焚烧后,能够相对迅速地恢复生长。
种子传播者还有助于确保大量植物物种得以存续和繁茂,从而促进生物多样性。包含众多遗传构成各异的植物物种的生态系统,更能应对充满不确定性的未来,并维持人类赖以生存的生态系统功能,例如储存碳、生产食物和木材、净化水源,以及控制洪水和侵蚀。
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有多种方法可以增加种子传播。确保相似栖息地斑块之间彼此连通,有助于物种在其间迁移。恢复重要种子传播者的种群数量,从巨嘴鸟、熊到大象,都能发挥作用。像我们这样的全球种子传播模型,也能帮助科学家和土地管理者将种子传播者视为基于自然的解决方案,以应对气候变化。





