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生态学、进化与生物多样性:中国研究现状与未来展望

2004-03-30 11:31 吴仲义,施苏华,张亚平 未知 阅读 0
核心摘要: 本文回顾了中国在生态学、进化和生物多样性研究方面的成就,包括动植物志编目、系统发育和生物地理分析。文章深入探讨了群落稳定性、物种竞争、遗传多样性、物种形成和适应性进化等基本原理,并提出了建立国家生态学与进化研究中心的建议,以促进基础研究综合和人才培养,推动生物多样性保护。

在过去的五十年中,中国在动植物志编目、生态学调查、系统发育和生物地理分析等方面取得了显著成就。随着这些基础工作的推进,中国生物多样性研究已趋于成熟,正向更深层次的理论发展。本文重点探讨如何通过生态学和进化基本规律理解生物多样性,并提出具体建议。

生物多样性研究可广义分为三类:(1) 生物区系调查与物种编目;(2) 对已记载物种的系统发育和生物地理式样分析;(3) 理解基于生物多样性研究的生态学和进化普遍规律。首先需了解区系“家底”;其次探讨亲缘关系和分布式样;最后,前两类研究结果引导深入探讨生态学和进化的基本理论问题,如是否存在普遍意义的生物多样性格局及其遵循的规律。正如达尔文在广泛研究自然历史后归纳出进化一般规律,解答第三类问题需依赖前两类研究的充分积累。

在前两类研究中,中国学者成果卓著。例如,由吴征镒和陈心启主编的《中国植物志》共80卷,记录维管植物30,000余种;《中国动物志》已出版150卷;以及即将启动的野生物种种质资源库等项目。此外,中国资助了多项生物多样性研究项目,如洪德元主持的“长江流域生物多样性”,马克平和孙儒泳主持的“中国关键地区生物多样性研究”,以及葛颂的“被子植物重要类群分子系统学和演化”等。这些工作为中国生物多样性研究奠定了重要基础。

对生物多样性研究基本原理的理解

生态学、进化和系统学等基础研究对生物多样性和保护生物学至关重要。从群落稳定性到物种形成,生物多样性概念涵盖生态学和进化研究的各个方面。以下实例探索生态学与进化的一般规律:

(1) 群落和生态系统稳定性:什么力量使不同物种和谐共存?物种丰富度与稳定性是否直接相关?是否存在关键种?北京师范大学张大勇及其同事正在探讨这些问题。

(2) 物种竞争和绝灭:竞争如何进行?生态位隔离如何阻止竞争排斥?环境因子如何影响捕食者-猎物动态?中科院动物研究所康乐实验室利用基因组学手段研究蝗虫行为生态学,例如昆虫从散居转变为群居时基因表达的变化,将遗传学和生态学融为一体。

(3) 遗传多样性:物种遗传多样性与其生存力是否相关?DNA变异反映系统发育历史而非适合度。中科院昆明动物所张亚平及其合作者根据川金丝猴种群DNA变异,推测其发生过近期瓶颈效应。

(4) 物种形成:什么是物种?物种形成过程、所需时间、外部因素和遗传变异如何?昆明动物所已故施立明率先开展东南亚麂鹿染色体高度重排研究,王文和杨凤堂继续;中科院植物所王晓茹和汪小全等研究云南高山松杂种起源;葛颂及其合作者通过水稻基因组系统发育分析证实几种野生稻异源多倍体起源。

(5) 适应性进化:为什么不同物种存在于特定区域?中山大学施苏华研究小组进行红树植物对热带亚热带海岸潮间带高盐、缺氧环境的适应性进化研究,探讨表型和基因型改变、适应起源次数及代价等。

这些实例表明生态学和进化基本原理可丰富生物多样性研究。简单系统(如草地生态系统、斑马鱼)更有利于提炼原理。同时,这些基础研究对生物多样性保护有社会文化意义。中国经济增长速度超过保护意识提高速度,需建立由生态学、进化生物学、系统学家组成的社会核心,吸引优秀人才投身保护生物学。

关于建立国家生态学与进化研究中心的建议

生物多样性研究是制定保护对策的有用工具,进一步注重基础研究将促进结果深入分析和综合。目前中国仅有少数研究所重视生态学和进化规律,纯理论研究不足。建议多样性科学政策以探索生态学与进化一般规律为主体,鼓励跨研究所组织新研究和训练计划。复旦大学可能是第一个组建生态学与进化系的大学。

国家水平上,建议建立国家生态学与进化研究中心,促进不同类型生物多样性成果综合。该中心不需长期研究小组,功能是综合分析已有数据。中心承担两个主要任务:

首先,定期组织研讨会,聚集生态学家、进化学家和系统学家,促进合作分析,产生综合性有新思维的合作论文。吸引海外华裔科学家参与,开设暑期培训班,引导高年级本科生和新入学研究生进入生物多样性研究前沿。

其次,训练下一代高水平生态学家、进化学家和系统学家。中心将输送博士生到世界最好研究机构研究,训练时间3年。类似美国加州Santa Barbara国家生态综合分析中心和进化生物学综合研究中心。中国已部分展开类似工作,如Uli Schwarz领导的上海交叉中心(中科院和德国马普学会共建)。

中国生态学和进化研究的深入,获益远不止保护生物学。人类基因组变异本质上是居群遗传学问题,籼稻和粳稻基因组分析具有进化意义,传染病从根本上说是生态学现象。正如名言所说,“生物学只有以进化的眼光来看才有意义。”

吴仲义1, 施苏华2, 张亚平3,4
1 美国芝加哥大学生态学与进化系, Chicago IL 60637
2 中山大学生命科学学院生物防治国家重点实验室
3 中国科学院昆明动物研究所
4 云南大学生物资源保护与利用重点实验室

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