科研人員解析晚更新世全球陸生脊椎動(dòng)物種群歷史動(dòng)態(tài)時(shí)空格局----中國科學(xué)院

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——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

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——中國科學(xué)院辦院方針

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科研人員解析晚更新世全球陸生脊椎動(dòng)物種群歷史動(dòng)態(tài)時(shí)空格局

2025-05-29 動(dòng)物研究所

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氣候變化和人類活動(dòng)的雙重脅迫正在導(dǎo)致野生動(dòng)物種群數(shù)量持續(xù)衰退，這一現(xiàn)象已構(gòu)成全球性生物多樣性危機(jī)。基于基因組學(xué)的大數(shù)據(jù)分析，尤其是通過成對序列馬爾可夫溯祖模型模擬歷史有效種群大小（N_e），進(jìn)而評估物種進(jìn)化潛力與長期生存能力的方法，已成為解析歷史種群波動(dòng)的研究范式，在保護(hù)生物學(xué)領(lǐng)域具有理論價(jià)值與實(shí)踐意義。

晚更新世以大型動(dòng)物滅絕為特征，重塑了生物多樣性格局。陸生脊椎動(dòng)物經(jīng)歷了劇烈的種群衰退和全球性滅絕，但由于氣候避難所的存在和物種生活史特征的差異，不同脊椎動(dòng)物類群在此地質(zhì)時(shí)期的種群變化模式并非完全一致。目前，在基因組學(xué)層面，晚更新世全球陸生脊椎動(dòng)物種群歷史的系統(tǒng)性評估相對匱乏。空間上，由于地理效應(yīng)和區(qū)域氣候變異性的影響，全球范圍內(nèi)的種群波動(dòng)應(yīng)呈現(xiàn)差異性特征。但是，鮮有關(guān)于地理格局的研究，因此，綜合繪制全球陸生脊椎動(dòng)物N_e空間分布圖譜，進(jìn)而探究晚更新世期間潛在的緯度梯度效應(yīng)，具有科學(xué)價(jià)值。氣候變化和人類活動(dòng)被認(rèn)為是晚更新世物種滅絕的主要驅(qū)動(dòng)因素，但二者對所有陸生脊椎動(dòng)物種群波動(dòng)的綜合地理異質(zhì)性影響仍需探究。

中國科學(xué)院動(dòng)物研究所魏輔文團(tuán)隊(duì)重建了527種現(xiàn)存陸生脊椎動(dòng)物在晚更新世的種群歷史，并估算其潛在適宜分布區(qū)，在宏觀遺傳學(xué)尺度上揭示了晚更新世冰期旋回中陸生脊椎動(dòng)物群體歷史的全球時(shí)空分布格局。研究重點(diǎn)考察了物種特性（如擴(kuò)散能力、所屬類群等）、非生物因素（如年均溫、年降水量等）以及人類干擾對塑造種群歷史動(dòng)態(tài)的作用。

這項(xiàng)基于全基因組數(shù)據(jù)的陸生脊椎動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)模擬研究揭示了在末次間冰期至末次冰盛期期間，所有陸生脊椎動(dòng)物類群都經(jīng)歷了種群衰退過程。而末次冰盛期后，類群之間呈現(xiàn)分化趨勢——鳥類和兩棲類種群開始擴(kuò)張，而哺乳類和爬行類則持續(xù)衰退。在倒數(shù)第二次冰期期間，除鳥類種群保持相對穩(wěn)定外，哺乳類、爬行類和兩棲類均表現(xiàn)出種群衰退特征。這表明，不同脊椎動(dòng)物類群因特有的生物學(xué)屬性差異，對冰期氣候變化的響應(yīng)模式產(chǎn)生了顯著分異。

該研究通過模擬晚更新世時(shí)期物種的適宜棲息地分布，評估全球N_e的時(shí)空變化格局，提出并利用SES-N_e指標(biāo)量化N_e熱點(diǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。研究表明，N_e熱點(diǎn)區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的空間遷移特征：從新熱帶區(qū)逐漸轉(zhuǎn)移至非洲熱帶區(qū)，最終遷移至古北區(qū)。同時(shí)，所有生物地理區(qū)系的N_e在末次盛冰期均達(dá)到最低值，這一現(xiàn)象可能與當(dāng)時(shí)極端的氣候條件相關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)，部分N_e熱點(diǎn)區(qū)域與已知的冰期避難所和現(xiàn)代生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)存在顯著的空間重疊。這驗(yàn)證了基因組學(xué)方法在識別冰期避難所方面的有效性，也為理解物種分布格局的歷史演變過程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供了研究工具。

該研究揭示了氣候因素與人類活動(dòng)對N_e影響的時(shí)空差異性。研究表明，氣候相關(guān)因素對N_e具有長期而持續(xù)的影響，支持了氣候變化在物種演化過程中具有重要作用的論點(diǎn)。相比之下，人類干擾對N_e的影響可能主要局限于更新世-全新世過渡時(shí)期的特定區(qū)域，其影響范圍和時(shí)間尺度相對有限。這為晚更新世期間氣候變遷和人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)物種滅絕的假說提供了新的基因組學(xué)證據(jù)，并強(qiáng)調(diào)了不同驅(qū)動(dòng)因子在生物多樣性演變過程中的差異性作用。

上述研究通過對陸生脊椎動(dòng)物基因組和分布數(shù)據(jù)的模擬分析，在全球尺度上評估了晚更新世陸生脊椎動(dòng)物的種群歷史，并量化了SES-N_e的時(shí)空格局和影響因素。

5月24日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

晚更新世陸生脊椎動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)

氣候變化和人類活動(dòng)的雙重脅迫正在導(dǎo)致野生動(dòng)物種群數(shù)量持續(xù)衰退，這一現(xiàn)象已構(gòu)成全球性生物多樣性危機(jī)。基于基因組學(xué)的大數(shù)據(jù)分析，尤其是通過成對序列馬爾可夫溯祖模型模擬歷史有效種群大小（Ne），進(jìn)而評估物種進(jìn)化潛力與長期生存能力的方法，已成為解析歷史種群波動(dòng)的研究范式，在保護(hù)生物學(xué)領(lǐng)域具有理論價(jià)值與實(shí)踐意義。晚更新世以大型動(dòng)物滅絕為特征，重塑了生物多樣性格局。陸生脊椎動(dòng)物經(jīng)歷了劇烈的種群衰退和全球性滅絕，但由于氣候避難所的存在和物種生活史特征的差異，不同脊椎動(dòng)物類群在此地質(zhì)時(shí)期的種群變化模式并非完全一致。目前，在基因組學(xué)層面，晚更新世全球陸生脊椎動(dòng)物種群歷史的系統(tǒng)性評估相對匱乏。空間上，由于地理效應(yīng)和區(qū)域氣候變異性的影響，全球范圍內(nèi)的種群波動(dòng)應(yīng)呈現(xiàn)差異性特征。但是，鮮有關(guān)于地理格局的研究，因此，綜合繪制全球陸生脊椎動(dòng)物Ne空間分布圖譜，進(jìn)而探究晚更新世期間潛在的緯度梯度效應(yīng)，具有科學(xué)價(jià)值。氣候變化和人類活動(dòng)被認(rèn)為是晚更新世物種滅絕的主要驅(qū)動(dòng)因素，但二者對所有陸生脊椎動(dòng)物種群波動(dòng)的綜合地理異質(zhì)性影響仍需探究。中國科學(xué)院動(dòng)物研究所魏輔文團(tuán)隊(duì)重建了527種現(xiàn)存陸生脊椎動(dòng)物在晚更新世的種群歷史，并估算其潛在適宜分布區(qū)，在宏觀遺傳學(xué)尺度上揭示了晚更新世冰期旋回中陸生脊椎動(dòng)物群體歷史的全球時(shí)空分布格局。研究重點(diǎn)考察了物種特性（如擴(kuò)散能力、所屬類群等）、非生物因素（如年均溫、年降水量等）以及人類干擾對塑造種群歷史動(dòng)態(tài)的作用。這項(xiàng)基于全基因組數(shù)據(jù)的陸生脊椎動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)模擬研究揭示了在末次間冰期至末次冰盛期期間，所有陸生脊椎動(dòng)物類群都經(jīng)歷了種群衰退過程。而末次冰盛期后，類群之間呈現(xiàn)分化趨勢——鳥類和兩棲類種群開始擴(kuò)張，而哺乳類和爬行類則持續(xù)衰退。在倒數(shù)第二次冰期期間，除鳥類種群保持相對穩(wěn)定外，哺乳類、爬行類和兩棲類均表現(xiàn)出種群衰退特征。這表明，不同脊椎動(dòng)物類群因特有的生物學(xué)屬性差異，對冰期氣候變化的響應(yīng)模式產(chǎn)生了顯著分異。該研究通過模擬晚更新世時(shí)期物種的適宜棲息地分布，評估全球Ne的時(shí)空變化格局，提出并利用SES-Ne指標(biāo)量化Ne熱點(diǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。研究表明，Ne熱點(diǎn)區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的空間遷移特征：從新熱帶區(qū)逐漸轉(zhuǎn)移至非洲熱帶區(qū)，最終遷移至古北區(qū)。同時(shí)，所有生物地理區(qū)系的Ne在末次盛冰期均達(dá)到最低值，這一現(xiàn)象可能與當(dāng)時(shí)極端的氣候條件相關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)，部分Ne熱點(diǎn)區(qū)域與已知的冰期避難所和現(xiàn)代生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)存在顯著的空間重疊。這驗(yàn)證了基因組學(xué)方法在識別冰期避難所方面的有效性，也為理解物種分布格局的歷史演變過程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供了研究工具。該研究揭示了氣候因素與人類活動(dòng)對Ne影響的時(shí)空差異性。研究表明，氣候相關(guān)因素對Ne具有長期而持續(xù)的影響，支持了氣候變化在物種演化過程中具有重要作用的論點(diǎn)。相比之下，人類干擾對Ne的影響可能主要局限于更新世-全新世過渡時(shí)期的特定區(qū)域，其影響范圍和時(shí)間尺度相對有限。這為晚更新世期間氣候變遷和人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)物種滅絕的假說提供了新的基因組學(xué)證據(jù)，并強(qiáng)調(diào)了不同驅(qū)動(dòng)因子在生物多樣性演變過程中的差異性作用。上述研究通過對陸生脊椎動(dòng)物基因組和分布數(shù)據(jù)的模擬分析，在全球尺度上評估了晚更新世陸生脊椎動(dòng)物的種群歷史，并量化了SES-Ne的時(shí)空格局和影響因素。5月24日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接晚更新世陸生脊椎動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)

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