保护生物学——物种大灭绝

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1、物种大灭绝,蒋志刚,物种大灭绝,第1节 物种大绝灭 1.1 大绝灭现象 1.2 绝灭的原因 1.3 研究大灭绝的方法 1.4 灭绝的进化意义 1.5 物种大绝灭的周期,2,和政发生过的事情,3,和政羊,4,5,巨犀,6,7,铲齿象,8,9,10,11,地球上的物种处于不断的生灭过程之中。新物种不断生成，老的物种可能灭绝。物种灭绝事件不断发生。物种是有寿命的。地球上35亿年中出现过约40亿个物种，但其中99%的物种已经灭绝（Raup,1991）。,12,地史上的5次大灭绝,13,Are sixth extinction here yet?,14,为什么物种会灭绝？,大绝灭事件是生物多样性演化史上

2、的里程碑。然而，大绝灭的原因却不清楚。人们提出了许多假说，试图加以解释，但事至今日仍没有一个假说经过了严格的检验。无疑，绝灭可能是由于物种未能适应环境的结果。物种灭绝还可能是机遇的结果。Raup(1991)总结了物种灭绝的三种假说: (1) 公平游戏（Fair game）假说； (2) 弹雨场（Field of Bullets）假说； (3) 荒谬的灭绝（Wanton extinction）假说；,15,灾变说,有人认为大灭绝是生物区系在长期进化压力下，遭受短期的外界冲击，发生环境灾变而造成的。 小行星撞击； 海平面下降； 火山爆发； 大陆板块撞击和连接； 环境变化； 地球升温； 物种特化；

3、进化危机,16,为什么物种没有全部灭绝？,生命是顽强的。生命能够利用地球上极端环境。 即使是在南极洲冰封的维达湖下的极端环境中也发现了一个富有多样性的活跃细菌群落，维达湖冰芯中的盐水无氧、呈微酸性，且含有含量非常高的有机碳、氢分子以及氧化和还原的化合物，已与表面环境至少隔离了2,800年（Murray 等，2012)。 美国黄石国家公园温度高达90的含硫热泉中有嗜热的兼性自养细菌酸热硫化叶菌（Sulfolobus）；在太平洋靠近菲律宾的10,897米深的海底分离到嗜压的细菌，能耐受环境中达一千多个大气压的压力（Raup，1991）。,17,18,研究大灭绝的方法-灭绝背景值比较法,Barnos

4、ky 等（2011）将研究大灭绝的方法归纳为以下几类方法： 灭绝背景值比较法：比较研究地层中化石记录的灭绝事件，计算一个类群的历史灭绝背景值，如灭绝速率与灭绝比例，作为物种大灭绝的参照值。将现代物种灭绝速率与大灭绝的物种灭绝速率（E/MSY，每百万种年灭绝数目）比较（Raup, 1991）。此外，可以根据生物分类类群如种属科的灭绝比例确定物种大灭绝。如Barnosky（2011）等将75%的物种灭绝作为大灭绝的标准之一。,19,Fossil and 20th -21st century extinction rates,Pereira, H. M. et al. Scenarios for g

5、lobal biodiversity in the 21st century. Science 330, 14961501 (2010).,20,Background rate comparison(Barnosky et al., 2010),21,研究大灭绝的方法-物种濒危幅度法,物种濒危幅度法：利用IUCN评估的各个类群物种濒危程度与相应比例，推断未来一定时间内各个类群的物种灭绝概率。,22,Magnitude comparison(Barnosky et al., 2010),23,Background rate-Magnitude comparison (Barnosky et al

6、., 2010),24,研究大灭绝的方法-类群分析法,类群分析法：选择一个开展过充分研究工作的类群，研究其分类单元分化与灭绝时间节点，计算物种灭绝速率；或利用分子系统学法：利用分子系统学手段研究一个类群的长期演化，研究其分类单元消失的时间节点，计算该类群的灭绝速率；,25,研究大灭绝的方法-模型模拟法,模型模拟法比较：利用模型计算未来物种丧失速率与估算背景物种丧失速率，评估过去物种丧失速率的幅度，预测未来物种丧失速率的幅度。利用多模型预测，生产多场景的可能结果。其中一个主要的方法是物种-面积反推法。在一个地区，发现物种数目随着搜索面积（或样方面积）的增大而增加。样区中发现的新物种速率下降，一个

7、地区的物种与生境面积存在如下关系(MacArthur，1984)：,26,Current extinction rate,The Millennium Ecosystem Assessment predicts that near-term extinction rates could be as high as 1,000 to 10,000 times background rates. Most predictions of species extinction rates, including those in the Millennium Ecosystem Assessment,

8、are inferred from applying the Species Area Relationship (SAR) to rates of habitat loss.,27,物种生境面积关系：ScAz,S=物种数目 A生境面积 c, z= 常数 上式能解释50%以上的物种数目的方差 岛屿(z=.25.35)的物种比大陆(z=.12.18)的物种容易灭绝,面 积,物种数目,28,Extinction debt,The term extinction debt was coined to refer to species populations that were no longer v

9、iable but were facing certain extinction due to habitat destruction that had already occurred.,29,Sampling differences for SAR and Endemics Area Relationship (EAR),He and Hubbell (2011),30,Estimating species extinctions due to habitat loss,Rahbek and Colwell, 2011,31,物种-面积关系,Endemics Area Relationsh

10、ip (EAR),Species Area Relationship,32,Eight stem-mapped forest plots across the world （He and Hubbell, 2011）,33,Species and endemicsarea curves,He and Hubbell (2011),34,灭绝的进化意义,Raup(1991)将物种灭绝视为生物进化中优胜劣汰。进化过程中物种在不断分化，不能适应生存环境的物种，将被淘汰，最终，进化树将只剩下少数枝条，相当于树木枝条的自疏过程。 每次物种大绝灭发生后，为生物类群辐射成种创造了条件。根据化石记录，每次大绝

11、灭之后，伴随发生了许多次生物类群的强烈分化，出现了一些全新的高级类群，即生物类群分化波 (Sepkoski, 1999)。 Stanley (1979)发现，从海洋双壳类、海洋腹足类、海胆类、到昆虫、鸟类、哺乳类到三叶虫类、菊石类。类群的物种分化速率（分化速率（Diversification Rate）=成种速率(Speciation Rate)- 灭绝速率(Extinction Rate)）与类群的物种灭绝速率正相关。恐龙绝灭之后哺乳动物迅速扩展就是一个典型例子。,35,“盖娅”假说,James Lovelock 研究自组织现象。他在探索环境与古生物相互作用时，提出了盖娅假说(Gaia Hy

12、pothesis)。Lovelock（1990）指出“生物体促进了自调节反馈机制的发展，这个机制可以维持适宜生物居住的、稳定的地表环境”。 盖娅假说受到一些人的质疑，认为这一假说无法验证，因为无法找到有关的证据。 Lenton(1998)指出当人问及地球自我调节是如何产生的，我们发现自己处于当年达尔文被问及眼睛是如何进化时一样境地。,36,“雏菊世界”（Daisyworld）,Watson and Lovelock (1983)提出了一个计算机模型-“雏菊世界”（Daisyworld）模拟一个星球与太阳的世界。,37,物种大绝灭的周期,Raup and Sepkoski (1984, 1986

13、)分析了历次大绝灭中化石生物科的统计数据后，发现从二叠纪以来大绝灭存在着周期为约2千6百万年的周期性。 有人提出了“机会论”以解释物种的周期性绝灭，他们认为物种的周期性绝灭取决于许多前提条件。这些前提条件必须同时俱备，缺一不可。 有人对物种大绝灭的周期性持否定态度。因为利用分类阶元数据测度生物多样性丰度可能导致错误。Patterson 和Smith (1987)重新核查了寒武纪大绝灭中鱼类和棘皮动物数据, 发现在Raup and Sepkoski（1984）的研究中，由于使用非单种科、错误地标定年龄、仅单一地层发现的物种等原因，其结论可能有误。75%的所谓绝灭是白噪声，只有25%是真正的绝灭。

14、当使用属为分类单位时，绝灭率更低于25%。Patterson and Smith (1987)认为绝灭事件取决于怎样定义分类单元。,38,更新世物种灭绝,在更新世，以哺乳类为代表区系，成为地球上新的生物区系。人类开始在非洲兴起并逐步迁移到世界各地。在更新世，发生了一系列的物种灭绝事件，特别是哺乳动物的灭绝。大灭绝倾向于在两个地质时期之交的界面上发生，Caughley and Gunn（1999）综述了更新世与全新世的物种灭绝事件。,39,全新世物种大灭绝,在过去5万年中，全球各地发生了一些哺乳动物的灭绝。与第3纪相反，在这一时期中，大型哺乳动物更容易灭绝。,40,全新世物种大灭绝,大约1000

15、年前，7个狐猴属在马达加斯加灭绝（Dewar 1984）。这些灭绝的狐猴多是昼间 活动的种类，体型比现代的狐猴大(Walker 1976)。另外，还有一种倭河马、一种食蚁兽、两种大型陆龟马达加斯加灭绝。,41,全新世物种大灭绝：马达加斯加,灭绝的原因 气候变迁 没有找到花粉证据 人类活动 马达加斯加在1000年前，由来自印度尼西亚的人殖民。,42,全新世的物种大灭绝：新西兰,新西兰国土面积27万平方公里 当波利尼西亚人在公元900-1000年来到新西兰之前，新西兰生活着125种鸟类，当第一个欧洲人登陆新西兰识，新西兰只有89种鸟类，现在新西兰有81种鸟类。人类移居新西兰以来，新西兰丧失了6科3

16、2属44种鸟类,43,全新世的物种大灭绝：新西兰,灭绝的原因 气候变迁 没有证据 人类活动,44,全新世物种大灭绝：太平洋诸岛,直到最近人们才发现太平洋诸岛在全新世发生了物种大灭绝 夏威夷群岛历史记录的鸟类有40-55种，全是特有种。另外发现了35在全新世绝灭的鸟类 化石。还有许多鸟类化石有待人们去认识。按照化石发现的速率，在不久的将来，夏威夷群岛上在全新世灭绝的鸟类会超过夏威夷群岛历史记录的鸟类 人们发现在波利尼西亚的东部，当人类来到之后，许多陆地生活的鸟类都灭绝了,45,太平洋诸岛的人类迁徙,46,已灭绝的鸟类：渡渡鸟,渡渡鸟与鸽子同科，是一种不能飞的鸟。1592年，在渡渡鸟在毛里求斯发现一个世纪以后，由于过度狩猎，在毛里求斯灭绝。,47,全新世物种大灭绝：马达加斯加群岛,这种布谷鸟曾经生活在马达加斯加群岛的低地热带雨林，它取食岛上的大型蜗牛，由于岛上的低地热带雨林消失了，现在这种布谷鸟仅存13具标本。,48,已绝灭的鹦鹉,这是一只在Puric Rico 灭绝的鹦鹉的近亲。鹦鹉的 那些近亲在一场异常凶猛的龙卷风中死光。,49,1