山雀科、绣眼鸟科鸟类形态和物种分化及其对丰富度分布格局的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tianzhh
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生物多样性是生物学家关注的焦点问题,物种丰富度和形态多样性都是生物多样性的重要组成部分。通过分析现生种的形态多样性模式和物种丰富度格局,可以探索影响物种演化的重要过程、机制和影响因子。基此本文开展了两个部分研究:山雀科(Paridae)鸟类的形态演化与区域适应;绣眼鸟科(Zosteropidae)的物种丰富度格局及形成动因。  1.山雀科形态演化与适应。鸟类的形态特征既反映了系统发育关系的影响,也反映了生态需求和适应性进化。山雀科物种外形相似,科内仅地山雀(Pseudopodoces humilis)的形态与近缘种差异甚大。本文以中国分布山雀科的14个种为研究对象,用传统形态计量学和几何形态学方法分别分析它们身体形态和嘴型的变异,并探索形态变异的影响因素,包括系统发育、海拔分布和同域共存导致的物种相互作用。  结果显示:山雀科物种在身体形态特征方面的差异主要集中在总体体型大小以及体长和尾长与嘴峰和跗蹠的比例;山雀科喙形的变异主要集中在粗短与狭长的差异,以及弯曲度的差异。形态差异能将地山雀及冕雀(Melanochlorasultanea)与其近缘种区分开。体长和喙形的弯曲度存在显著的系统发育信号。跗蹠长、嘴峰长和喙形的狭长程度与海拔存在显著的种间相关;而在大山雀种内,体重、体长、嘴峰长和身体形态的PC1与海拔呈显著相关。形态差异程度与分布差异程度呈正相关。  本研究认为:山雀科物种的身体形态经历了明显的演化,而喙形较为保守,演化主要发生于粗短/狭长的维度。体型大小以及喙的曲率受系统发育影响较大,而跗踱长和喙的形态与海拔关系更密切。种间和种内对比均发现海拔与形态特征的相关,表明海拔分布差异是促进形态分化的重要因子。地山雀独特的形态特征反映了对高海拔高寒草甸生境栖息、活动和觅食行为的适应。推测:分布距离较大的山雀科物种,表现出形态上的趋异,可能与适应不同环境下不同的选择压力有关。  2.绣眼鸟科物种丰富度格局及形成因素。地球上的生物多样性分布呈现特定的时空结构,不同类群的物种丰富度性也存在明显的差异。绣眼鸟科物种多样性分布热点集中于热带地区。绣眼鸟科物种最丰富的绣眼鸟属(Zosterops)拥有90多个物种,起源时间却相对较晚。本文定量统计了物种丰富度格局,重建系统发育关系,评估气候生态位保守、时间成种效应和物种泵效应对绣眼鸟科物种丰富度格局的不同影响效应,并分析地理迁移和适应性形态演化带来的生态机遇对绣眼鸟属快速成种的影响。  结果显示:1)绣眼鸟物种丰富度集中于澳大利西亚、非洲及巽他群岛区域。祖先分布区重建结果显示绣眼鸟科起源于东洋区,随后向古北区和巽他群岛区扩散。丰富度地理格局不支持时间效应假说。2)绣眼鸟在降水生态位上较为保守,在降水梯度上的物种丰富度与拓殖时间成正比;而在温度生态位上发生过较明显的演化,祖先可能起源于20℃的区域,而现生种丰富度热点在更温暖的区域,存在于低温区域的大多为温度耐受较广的物种,在温度梯度上的丰富度也不支持时间成种假说。降水与成种速率无关,温度可能与成种速率存在抛物线函数关系。3)岛屿物种的净多样化速率显著高于大陆物种的成种速率,推测是由于岛屿间扩散难度的改变、物种自身扩散行为的变化以及岛屿的生态机遇特点,促进了扩散-拓殖-分化成种模式引发的爆发式分化。4)绣眼鸟属的成种速率高于科内背景成种速率,且呈现为早期爆发、随后逐渐降速的趋势,符合受到生态机遇限制的模式。速率分析显示在绣眼鸟属的基部出现一次速率增高的事件,与绣眼鸟属从巽他群岛扩散进入澳大利西亚区和非洲区的时间相一致,支持大陆间扩散带来的生态机遇促进成种的假说。形态与成种速率呈现一定的函数关系,但绣眼鸟属形态演化速率并不高于背景速率,且绣眼鸟属的形态多样性并不高于近缘种,表明绣眼鸟属的爆发式分化并不属于适应辐射。  本研究认为,绣眼鸟科物种丰富度不论是进化枝上的差异还是地理分布格局,均是由分化速率差异而非时间效应所导致的结果。绣眼鸟科的爆发式分化并不属于适应辐射,其高速成种并非由于关键特征的演化突破了生态限制,而是由于拓殖进入澳大利西亚区和非洲区域新环境所带来的新的生态机遇;同时岛屿系统提供了物种泵的作用。热带区域拥有极高的绣眼鸟科物种丰富度,可能是该区域高温提高了成种速率的结果,也有可能是物种对气候的狭窄耐受促进了成种,结合生态机遇和岛屿系统的作用,导致了绣眼鸟科物种现今的丰富度地理分布格局。
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