中国生物多样性科学研究进展评述

生物多样性的威胁因素及对全球变化的响应

物种濒危与适应

近年来，我国已经利用基因组学方法开展了许多针对濒危物种遗传多样性、濒危历史和原因、生存和适应策略的研究。许多濒危物种种群数量和遗传多样性都非常低，容易导致这些种群的衰退，凸显保护濒危物种遗传多样性的紧迫性。相比之下，濒危的大熊猫、藏羚羊、中华小熊猫仍具有较高水平的遗传多样性，表明这些种群仍具有较好的环境适应性。基于这些研究工作，我国学者最近提出了 2 个新的保护生物学分支学科——保护演化生物学和保护宏基因组学。

利用基因组信息，可以了解物种濒危的过程和驱动因素，从而更有效地保护野生动物。例如，根据基因组数据，可以把大熊猫的进化历史追溯到 800 万年前，包括 2 次种群扩张、2 次种群瓶颈和 2 次分化，而更新世的气候变化和近期的人类活动是大熊猫种群波动和分化的主要驱动力。金丝猴和中华小熊猫表现出与大熊猫相似的历史种群波动模式，这意味着更新世的气候变化与近期人类活动可能以类似的方式影响一些同域分布的动物。同时，更新世期间分布较窄的黔金丝猴、滇金丝猴、缅甸金丝猴和喜马拉雅小熊猫的种群数量持续降低，凸显出保护这些物种遗传多样性的紧迫性。尽管濒危植物的种群动态与濒危哺乳动物类似，但它们种群扩张和收缩的具体时间有所不同。了解气候变化对物种的不同影响，并结合性状数据理解濒危机制，可以使管理策略更有效，从而减轻未来气候变化对物种多样性的影响。

全基因组研究为了解濒危物种适应策略的机制提供了新的视角。在历史环境变化中幸存下来的物种通常进化出了适应性策略以应对生存挑战。例如，大熊猫和 2 个小熊猫物种之间的比较基因组学研究揭示了形态趋同和生理趋同的遗传机制。DUOX2 基因的假基因化可能是大熊猫低能量代谢的遗传机制。此外，肠道菌群也可能在濒危物种的生存和适应中发挥重要作用。肠道菌群的宏基因组学分析确定了重要的细菌和消化酶，它们可帮助消化大熊猫竹食和金丝猴叶食中的纤维素和半纤维素。肠道菌群还有助于其他物种适应青藏高原的极端环境。

生物多样性对全球变化的响应

物种可以通过地理分布范围、物候、行为和生理可塑性的变化及适应性进化，应对全球变化。我国较大的纬度梯度和海拔梯度为研究物种分布范围变化提供了极好的平台。例如，研究表明，过去 1 个世纪的气候变暖促进了青藏高原高山树线的上移。我国植物广布种和狭域种对人类活动的响应不同，即人类活动缩小了狭域种的分布范围，却扩大了广布种的分布范围。 

我国的植物、昆虫和两栖动物在过去的半个世纪中均发生了物候变化。树木年轮数据显示，随着气候变暖，青藏高原树木的生长季正在延长，包括生长季开始的提前与结束的延后。相反，高原草甸和草原植被的研究表明，尽管暖春使生长季开始提前，但暖冬也导致满足低温需求的时间延后，从而最终导致春季物候推迟。

物种还可以通过行为和生理的可塑性及快速的适应性进化来应对气候变化。例如，即使是早期的海龟胚胎也可以在卵内移动，以适应卵内小范围的热量不均匀分布。这种体温调节行为在爬行动物和鸟类中也广泛存在。胚胎还可以调整其生理机能，以减少不利热条件的影响。此外，入侵性海洋被膜动物——海鞘可以通过 DNA 甲基化修饰快速适应环境变化。