为什么有些地方的生物多样性更丰富？

• 新研究探讨了为何看似相似的地区，其生物多样性水平却不同。

• 研究表明，物种的高生物多样性可能与大陆随时间演化的动态程度有关。

• 例如，南美洲、中非和东南亚的雨林，其生物多样性水平差异很大。

苏黎世联邦理工学院的研究人员利用一种新的地球演化机制模型，现在能够更好地解释为何非洲的雨林所容纳的物种少于南美洲和东南亚的热带森林。高物种多样性的关键在于大陆随时间演化的动态程度。

热带雨林是地球上生物多样性最丰富的栖息地。它们是大量不同植物、动物、真菌及其他生物的家园。这些森林主要分布于三个大陆，集中在南美洲的亚马逊盆地、中非的刚果盆地以及广阔的东南亚群岛。

人们或许会认为，由于稳定的温暖湿润气候以及位于赤道附近的地理位置，所有热带雨林的多样性大致相当，但事实并非如此。与南美洲和东南亚相比，非洲湿润热带森林中许多生物类群的物种数量明显更少。

物种较少的棕榈

这种分布不均的现象（研究人员称之为泛热带多样性差异，PDD）可以用棕榈树很好地说明：全球2,500种棕榈树中，1,200种分布于东南亚地区，800种分布于南美洲的热带森林，而非洲雨林中仅有66种。

生物多样性研究人员对此现象的成因仍有争议。有证据表明，当前的气候是非洲热带森林物种多样性较低的原因。非洲热带带的气候比东南亚和南美洲更为干燥、寒冷。

另有证据表明，三个热带森林地区在数千万年间不同的环境和构造历史对其生物多样性的差异产生了影响。例如，此类环境变化包括山脉、岛屿或干旱沙漠地带的形成。

然而，很难区分当前气候与环境历史这两种因素。

造山运动提升多样性

在生态景观学教授Loïc Pellissier的带领下，苏黎世联邦理工学院的研究人员借助一种新的计算机模型对这一问题进行了调查，该模型可以模拟数百万年演化过程中的物种分化。他们的结论是，当前气候并非非洲雨林生物多样性较低的主要原因。相反，生物多样性是由造山运动和气候变化的动态过程产生的。历史模拟结果与当今可观察到的生物多样性分布格局基本吻合。

“我们的模型证实，造成生物多样性不均衡分布的是古环境动态的差异，而非当前的气候因素，”Pellissier说，“地质过程以及全球温度波动决定了物种在何时何地出现或灭绝。”

对某一大陆的高生物多样性而言，有一个因素尤为关键：地质动态。活跃的板块构造既促进了山脉的形成（如南美洲的安第斯山脉），也促成了群岛的出现（如东南亚）。这两个过程催生了许多新的生态位，进而产生大量新物种。另一方面，非洲雨林带在过去1.1亿年间的构造活动较少。由于其北部和南部与干旱地带接壤，该雨林带的面积也相对较小，限制了其扩张。“湿润地区的物种很难适应周边干旱地带的干燥条件，”Pellissier指出。

地质活跃的大陆孕育更高的生物多样性

苏黎世联邦理工学院研究人员开发的“gen3sis”模型最近才发表于期刊PLoS Biology。这是一种机制模型，将地质与气候等主要约束条件与生物机制共同纳入其中，并由此生成生物多样性格局。为模拟生物多样性的产生，模型中需要整合的最重要过程包括生态学（即每个物种都有其自身有限的生态位）、演化、物种形成和扩散。

“基于这四条基本规则，我们可以模拟生物体在不断变化的环境条件下的种群动态，并对生物的起源提供非常好的解释，”Pellissier说。

研究人员以这些基本演化机制构建模型，因此无需为每个单独物种输入（分布）数据即可模拟物种多样性。然而，该模型需要所考虑大陆的地质动态数据，以及来自气候重建的湿度和温度数据。

研究人员目前正在完善该模型，并开展模拟，以了解其他物种丰富地区（如中国西部山区）生物多样性的形成。该模型的代码和古环境重建数据均为开源。所有对演化与生物多样性感兴趣的研究人员均可使用它来研究世界不同地区生物多样性的形成。

参考文献

Hagen O, Skeels A, Onstein R, Jetz W, Pellissier L. Earth history events shaped the evolution of uneven biodiversity across tropical moist forests. PNAS, Publication date: Oct 1st 2021.

Hagen O, Flück B, Fopp F, Cabral JS, Hartig F, Pontarp M, et al. (2021) gen3sis: A general engine for eco-evolutionary simulations of the processes that shape Earth’s biodiversity. PLoS Biol 19(7): e3001340. doi: 10.1371/journal.pbio.3001340call_made