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《生物多樣性》| 中國生物多樣性研究的30個核心問題

媒體：原創(chuàng) 作者：野生動物保護(hù)協(xié)會 專業(yè)號：野生動物保護(hù)協(xié)會 2022-11-21 10:45:35

科學(xué)研究是不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的過程, 凝練核心科學(xué)問題對一個學(xué)科的發(fā)展至關(guān)重要。2005年, Science在創(chuàng)刊125周年之際發(fā)布了125個最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題, 其中不少與生態(tài)學(xué)和生物多樣性密切相關(guān)(Kennedy & Norman, 2005)。2013年, 英國生態(tài)學(xué)會在學(xué)會成立100周年之際篩選了生態(tài)學(xué)研究的100個基本問題(Sutherland et al, 2013), 為生態(tài)學(xué)發(fā)展提供了重要參考。

1992年6月1日, 《生物多樣性公約》由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)起的政府間談判委員會第七次會議在內(nèi)羅畢通過, 成為生物多樣性領(lǐng)域的重要里程碑。在過去30年間, 中國生物多樣性科學(xué)與保護(hù)取得了快速發(fā)展, 研究隊伍不斷壯大, 自然保護(hù)地體系不斷完善, 新的研究問題也不斷涌現(xiàn)。為梳理中國生物多樣性領(lǐng)域在過去30年的發(fā)展, 在《生物多樣性》創(chuàng)刊30周年之際, 編委會組織國內(nèi)本領(lǐng)域的學(xué)者來共同凝練生物多樣性研究的30個核心問題。通過兩輪的問題征集, 共收到來自281名研究人員的763個問題。其中, 來自編委會成員和特約顧問(共72人)的233個, 來自其他研究者(共209人)的530個。這些問題涉及到生物多樣性研究的諸多領(lǐng)域, 從中篩選與歸納出30個核心問題, 并非易事。參考英國生態(tài)學(xué)會的100個生態(tài)學(xué)基本問題的分類方式(Sutherland et al, 2013), 并結(jié)合所收集問題的一些特點, 我們從演化與生態(tài)、種群、群落與多樣性、生態(tài)系統(tǒng)與功能、人類影響與全球變化、方法與監(jiān)測、生物多樣性保護(hù)7個方面篩選出30個核心問題。

1 演化與生態(tài)

生物學(xué)家杜布贊斯基有句名言: “如果不考慮演化, 生物學(xué)的一切都沒有意義” (Nothing in biology makes sense except in light of evolution)。生物多樣性的研究當(dāng)然也不例外。問題1和2在專家推薦的問題中多次出現(xiàn), 也包括在2005年Science列出的125個問題之中。物種是演化的基本單位(Simpson, 1951), 也是生物多樣性的基本單元。本刊2016年第9期專門組織專題對“什么是物種” (問題1)進(jìn)行討論, 指出“生物多樣性事業(yè)需要科學(xué)、可操作的物種概念” (洪德元, 2016)。關(guān)于物種形成(問題2)和多樣化機制(問題3)的研究歷時已久, 新的證據(jù)和假說不斷涌現(xiàn)(薛成等, 2022)。在我國, 東亞地區(qū)生物多樣性的起源和演化問題尤為重要, 季風(fēng)氣候、地理隔離、生態(tài)過程等如何影響并塑造當(dāng)前的生物多樣性格局仍是生物多樣性研究的一個中心問題。同時, 自然雜交、性選擇、表型可塑性等都會影響物種形成(問題4?6), 其內(nèi)在的演化機制與生態(tài)意義仍待深入探究。

2 種群

作為研究種群生長、存活、繁殖、滅絕等的分支學(xué)科, 種群生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)中最成熟的分支, 這與其堅實的數(shù)學(xué)根基和聚焦于物種分布和多度這些最基礎(chǔ)的問題密切相關(guān)(Krebs, 2015)。生物種群對環(huán)境的適應(yīng)機制(問題7)是種群生態(tài)學(xué)的核心問題。在極端環(huán)境下, 生物可能表現(xiàn)出不同的適應(yīng)策略(問題8)。厘清種群衰減或滅絕的原因與機制(問題9)是開展物種保護(hù)的前提。理解上述問題以及提出切實可行的種群恢復(fù)策略都需要對種群生活史的深入了解(問題10)。本刊近年來針對不同生物種群組織了多個?？瘉硗苿臃N群生態(tài)與保護(hù)的工作, 如: 2016年第5期“中國脊椎動物紅色名錄” (蔣志剛等, 2016)、2017年第7期“中國高等植物紅色名錄” (覃海寧等, 2017)、2020年第3期“中國極小種群野生植物保護(hù)” (許玥和臧潤國, 2022)、2022年第9期“中國貓科動物研究與保護(hù)” (李晟和王天明, 2022)。

3 群落與多樣性

自哈欽森在20世紀(jì)60年代提出“浮游生物悖論” (Hutchinson, 1961), 群落生態(tài)學(xué)迎來了持續(xù)30多年的百家爭鳴, 新的理論和假說不斷涌現(xiàn)(Vellend, 2016; 王少鵬等, 2022), 但始終缺乏普適性的理論, 以至于英國生態(tài)學(xué)家John Lawton指出“群落生態(tài)學(xué)一片混亂” (Community ecology is a mess) (Lawton, 1999)。2001年, Stephen Hubbell的專著《生物多樣性與生物地理學(xué)的統(tǒng)一中性理論》(The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography)開啟了一輪新的論戰(zhàn)(Hubbell, 2001), 但關(guān)于“生物多樣性是如何維持的” (問題11)目前仍缺少一個統(tǒng)一的理論體系(Vellend, 2016; Leibold & Chase, 2018; 王少鵬等, 2022)。稀有種作為群落物種組成的主體, 理解其在維持多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用(問題12)對于生物多樣性研究和保護(hù)都具有重要意義。生物間相互作用是驅(qū)動群落過程與動態(tài)的關(guān)鍵, 但關(guān)于同一營養(yǎng)級(種內(nèi)和種間競爭)和不同營養(yǎng)級之間如何共同作用來影響群落構(gòu)建尚不明確(問題13)。當(dāng)前物種共存研究多聚焦在較小的局域群落, 生態(tài)學(xué)家逐漸認(rèn)識到局域尺度的多樣性受到區(qū)域物種庫、地質(zhì)歷史等的影響(Ricklefs, 1987); 局域群落的多樣性是否以及如何受到區(qū)域群落的調(diào)控(問題14)對于理解多尺度的生物多樣性維持至關(guān)重要。山地環(huán)境的異質(zhì)性被認(rèn)為是造成熱帶高生物多樣性形成與維持的重要機制之一(Janzen, 1967), 理解山地區(qū)域高的生物多樣性及其成因(問題15)對我國和全球生物多樣性保護(hù)都具有重要意義(Mi et al, 2021)。隨著基因組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 動植物與微生物共生關(guān)系(問題16)成為生物間相互作用研究的熱點話題(高程等, 2022)。由于微型生物在演化策略、擴散方式等方面與大型生物存在較大差異, 宏生態(tài)學(xué)(macroecology)的格局及其驅(qū)動機制在這些類群之間是否存在差異(問題17)? 檢驗這一問題對于尋求生態(tài)學(xué)的普適性規(guī)律有重要意義(Vellend, 2016)。

4 生態(tài)系統(tǒng)與功能

生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系是近年來生態(tài)學(xué)研究的熱點話題。這一主題在我們收集的問題中出現(xiàn)次數(shù)也非常多。生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系已通過控制實驗和野外調(diào)查數(shù)據(jù)等進(jìn)行檢驗, 多數(shù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物多樣性越高, 群落生產(chǎn)力越高、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗入侵能力等也越強, 但對結(jié)果的解釋仍存在諸多爭議, 主要表現(xiàn)在實驗或采樣設(shè)計的有效性、多樣性對生態(tài)系統(tǒng)功能作用的機理、野外與控制實驗結(jié)果的一致性等(徐煒等, 2016)。不同營養(yǎng)級的生物多樣性對生物系統(tǒng)多功能性的影響在很長時期內(nèi)仍將是生態(tài)學(xué)的熱點之一(問題18), 尤其是地下生物多樣性(土壤動物、微生物等)對地上生物的反饋機制及其對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響機制(傅聲雷等, 2022) (問題19)。物種功能性狀因代表了生物多樣性的功能維度, 可能與生態(tài)功能存在更強的聯(lián)系, 該假說的真實性尚需進(jìn)一步的檢驗(問題20)。

5 人類影響與全球變化

人類活動極大地改變了地球上大部分地方的自然狀況, 因人類威脅而瀕臨滅絕的物種比任何時候都多(IPBES, 2019)。生物入侵(劉艷杰等, 2022)、氣候變化(井新等, 2022)、人類活動等正在重塑著局域、區(qū)域和全球尺度的生物物種組成、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)功能(問題21), 一些關(guān)鍵的生物類群則面臨著大范圍的衰退(問題22)。近年來, 極端氣候事件(如干旱、野火等)發(fā)生頻率不斷增加, 這些快速的環(huán)境變化對生物群落可能造成極大影響(問題23)。為應(yīng)對這些急劇變化的環(huán)境, 聯(lián)合國大會提出了“聯(lián)合國生態(tài)恢復(fù)十年(2021?2030)”倡議, 退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)需建立在生態(tài)學(xué)理論基礎(chǔ)之上(問題24)。

6 方法與監(jiān)測

地球上有多少物種存在(問題25)是生物多樣性研究的最基本問題。我國在物種監(jiān)測和編目等方面開展了大量基礎(chǔ)性工作, 為了解我國物種多樣性現(xiàn)狀提供了重要資料(Mi et al, 2021), 但這些數(shù)據(jù)在生物類群(如昆蟲、苔蘚植物、土壤動物等)和地理區(qū)域等方面存在較大偏差。近年來, 新監(jiān)測方法與技術(shù)(如紅外相機、遙感、基因組學(xué)、公眾科學(xué)等)在極大地改變著我們的調(diào)查方式(問題26), 也在逐漸減少著在物種名錄、分布、生活史特征、時間動態(tài)等方面的知識空缺(Hortal et al, 2015; 張健, 2017)。除了監(jiān)測手段的革新, 生物多樣性研究也需要在數(shù)據(jù)分析方法和思維方式上的改變。由于生命系統(tǒng)的復(fù)雜性, 生態(tài)學(xué)家常因研究結(jié)果的不可重復(fù)性及難以進(jìn)行尺度推演和預(yù)測而備受批評(Currie, 2019), 生物多樣性科學(xué)的發(fā)展需要通過數(shù)據(jù)分析方法的創(chuàng)新來提高其預(yù)測能力(問題27)。同時, 高質(zhì)量的生物多樣性研究也需要海量的、高質(zhì)量的、可發(fā)現(xiàn)、可訪問、可互操作和可再用的大數(shù)據(jù)作為支撐。推動高質(zhì)量的生物多樣性數(shù)據(jù)共享對于提升生物多樣性研究深度和廣度、科學(xué)制定多樣性保護(hù)政策至關(guān)重要(問題28)。本刊出版的新物種年度報告(如2021年第8期、2022年第8期)、紅外相機監(jiān)測(如2014年第6期、2019年第3期、2021年第9期)、遙感監(jiān)測(如2018年第8期)、數(shù)據(jù)論文(如2016年第12期、2021年第9期)等都是在這些方面的探索與努力。

7 生物多樣性保護(hù)

當(dāng)前, 全球生物多樣性正面臨著人類活動、氣候變化等的嚴(yán)重威脅。新冠疫情的暴發(fā)與蔓延也讓我們認(rèn)識到生物多樣性與人類健康的緊密聯(lián)系, 讓我們重新審視人與自然之間的關(guān)系(呂植, 2020)。在我們收集到的問題中, 有很多是與生物多樣性保護(hù)相關(guān)的, 涉及到不同生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、自然保護(hù)地管理、國家公園建設(shè)、人類健康等, 我們將這些問題歸納為問題29?30。對于這兩個問題的回答, 都沒有單一的解決方案, 而是需要建立在上面提到的28個核心問題回答的基礎(chǔ)之上, 構(gòu)建與完善生物多樣性科學(xué)、保護(hù)與管理的網(wǎng)絡(luò)體系。

30個問題：

(1)什么是物種？

(2)什么決定了物種多樣性?

(3)重要生物類群起源和多樣化的過程、動因和機制是什么？

(4)自然雜交在生物適應(yīng)性進(jìn)化中的作用有哪些？

(5)生物性別多樣性的演化機制與生態(tài)意義是什么？

(6)表型可塑性如何影響生物演化的路徑？

(7)物種對環(huán)境的適應(yīng)機制是什么？

(8)物種如何適應(yīng)極端環(huán)境(如: 高山、深海等)？

(9)生物瀕?；驕缃^的原因與機制是什么？

(10)哪些生活史特征決定了自然種群的完整性及其對擾動的恢復(fù)力？

(11)生物多樣性是如何維持的？

(12)稀有物種對維持生物多樣性和生態(tài)功能有多重要？

(13)生物間相互作用與營養(yǎng)級聯(lián)如何影響生物多樣性？

(14)局域群落的物種多樣性在多大程度上受到擴散限制和區(qū)域物種庫的調(diào)控？

(15)為什么山地系統(tǒng)具有更高的物種多樣性？

(16)動植物與共生微生物的協(xié)同進(jìn)化機制是什么?

(17)宏生態(tài)格局(如: 物種?多度分布、種?面積關(guān)系)是否同樣適用于大型生物和微型生物, 以及同樣的格局是否源于同樣的生態(tài)過程？

(18)生物多樣性變化如何影響和改變生態(tài)系統(tǒng)功能？

(19)地上與地下生物多樣性的關(guān)聯(lián)及其對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響是怎樣的?

(20)物種功能性狀多大程度上可以預(yù)測群落特征以及生態(tài)系統(tǒng)功能變化？

(21)生物入侵、氣候變化、人類活動等影響生物多樣性的內(nèi)在機制與演化后果是什么？

(22)關(guān)鍵生物類群(大型動物、頂級捕食者、傳粉者等)衰退的關(guān)鍵影響因素和驅(qū)動機制是什么？

(23)生物群落如何響應(yīng)與適應(yīng)不斷增加的極端氣候事件？

(24)如何確定退化生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)目標(biāo)并重建包括復(fù)雜營養(yǎng)級的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性與持續(xù)性？

(25)地球上有多少物種？中國有多少物種？

(26)如何開發(fā)和推廣適用于生物多樣性調(diào)查、監(jiān)測和研究的新方法與新技術(shù)？

(27)如何結(jié)合多尺度、多類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)提高對生物多樣性相關(guān)屬性的預(yù)測精度？

(28)如何生產(chǎn)和共享高質(zhì)量的生物多樣性數(shù)據(jù)？

(29)如何建立保障生物多樣性保護(hù)決策和行動科學(xué)性和有效性的機制？

(30)生物多樣性如何影響人類精神與生理健康?

8 小結(jié)

本文從281名研究人員的763個問題中篩選出生物多樣性研究的30個核心問題。這些問題部分反映了人們當(dāng)前對生物多樣性研究的認(rèn)知程度。毋庸置疑, 這些問題的篩選難免存在偏頗。在《生物多樣性》創(chuàng)刊30周年之際, 我們僅希望能夠以此為契機, 促進(jìn)我國生物多樣性相關(guān)的研究人員對本領(lǐng)域核心問題的思考與探討, 并不斷“提出新的問題、新的可能性, 從新的角度來看舊問題” (Einstein & Infeld, 1938), 這樣才標(biāo)志著生物多樣性科學(xué)的真正進(jìn)步, 并為生物多樣性保護(hù)的短期和長遠(yuǎn)目標(biāo)與行動提供依據(jù)。

致謝:感謝281名生物多樣性研究者對調(diào)查問卷的反饋。感謝郝占慶教授的建議與討論, 感謝華東師范大學(xué)王瀟然、張然、楊賢宇、陳佳樂、王宇卓、田中平、劉鵬程等幫忙整理問卷。

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