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昆明植物所揭示早期人類活動導致東亞亞熱帶常綠闊葉林優(yōu)勢種在過去一萬年間有效種群大小的持續(xù)衰退
生物多樣性是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，隨著人類活動強度的持續(xù)增加，生物多樣性保護面臨嚴峻的形勢。2021年聯(lián)合國《生物多樣性公約》第十五次締約方大會上通過的“昆明宣言”，呼吁各方采取行動，保護生物多樣性，共建地球生命共同體。自工業(yè)革命以來，人類活動的增強和破壞程度的增加被認為是生物多樣性喪失的主要原因，但最近的考古學和基因組學研究發(fā)現(xiàn)，人類活動對生物多樣性的影響可以追溯到全新世早期。東亞亞熱帶地區(qū)的土地利用和作物馴化有近萬年的歷史，在距今約七千年前的河姆渡遺址中出土了大量人工采集的樟科葉片(圖1)，并且在全新世期間，在中國亞熱帶地區(qū)人類陸續(xù)馴化出水稻、茶、柑橘、油茶等作物，這些作物大多是從原生的亞熱帶常綠闊葉林中馴化而來，反映了亞熱帶地區(qū)早期人類開發(fā)和利用自然資源的歷史。常綠闊葉林作為中國亞熱帶地區(qū)最具代表性的植被型，對亞熱帶地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的服務功能具有重要的作用。隨著人類活動的增加，即使之前被認為是原生的常綠闊葉森林，如今也面臨生境破碎化、棲息地破壞等問題。人類活動對亞熱帶常綠闊葉林的改造和干擾始于何時?究竟是氣候變化還是人類活動主導著全新世期間亞熱帶常綠闊葉林的種群動態(tài)歷史?這些科學問題仍存在較大爭議。
中國科學院昆明植物研究所李德銖專題組，選擇常綠闊葉林中的優(yōu)勢樹種黃丹木姜子(Litsea elongata)為研究材料。通過對東亞亞熱帶地區(qū)進行廣泛調(diào)查與采樣，采用重測序方法研究黃丹木姜子在萬年尺度下的種群動態(tài)歷史?；谌蚪M單核苷酸多態(tài)性(SNPs)系統(tǒng)樹的重建發(fā)現(xiàn)，黃丹木姜子可分為9大地理分支(圖2a, b, c)。群體動態(tài)歷史分析表明，黃丹木姜子9大分支的有效種群大小(Ne)在過去11,000年期間經(jīng)歷了持續(xù)的下降過程(圖2d, e)，某些分支Ne的下降時間可追溯到末次盛冰期(LGM)(約21,000年前)到全新世早期(圖2d, e)。同時，模擬LGM以來關鍵時間節(jié)點的潛在分布區(qū)變化發(fā)現(xiàn)，從LGM到中全新世(約7,000年前)期間，黃丹木姜子的適生區(qū)縮減了約56%，這可能解釋了部分分支在冰期時Ne下降的原因是氣候變化所導致的棲息地縮減，但是從7,000年前到現(xiàn)今，潛在分布區(qū)的范圍只有少量喪失。相關性分析發(fā)現(xiàn)全新世期間的年均溫度變化與有效種群大小變化未呈現(xiàn)相關性(圖3a)。然而，與氣候變化分析的結果不同，全新世以來東亞亞熱帶地區(qū)的人口增長變化，耕地面積變化，灌溉稻作面積變化與有效種群大小變化呈現(xiàn)顯著的負相關(圖3b, c, d)。因此，該研究推斷全新世期間黃丹木姜子有效種群大小下降的原因是早期的人類活動，而不是氣候變化。
此外，東亞地區(qū)早期人類活動對生物多樣性喪失的影響不僅僅局限于常綠闊葉林。近年來，在常見鳥類(包括綠孔雀)、珍稀樹種的研究中也陸續(xù)有相關的報道。在全球范圍內(nèi)，世界各地的早期人類活動對原生森林的破壞也可追溯至早全新世，甚至更早時期。然而，早期人類活動與生物多樣性喪失的歷史過程涉及復雜的機制，仍需多學科在全球及局域尺度上更多的研究和證據(jù)。該文也呼吁今后的工作應加強基因組學、考古學和古生態(tài)學等多學科的交叉合作，以期對這一重大的科學問題進行更為深入的探索。
研究結果以Anthropogenic disturbance driving population decline of a dominant tree in East Asia evergreen broadleaved forests over the last 11, 000 years為題，發(fā)表在保護生物學旗艦期刊Conservation Biology，博士研究生秦聲遠為論文第一作者，李德銖研究員和馬朋飛研究員為論文共同通訊作者，該研究得到了中國科學院B類先導科技專項(XDB31000000)、中國科學院青年創(chuàng)新促進會(Y201972)、中國科學院重大科技基礎設施開放研究項目(2017-LSF-GBOWS-02)、國家自然科學基金(41971071)，及中國科學院前沿科學重點研究計劃(ZDBS-LY-7001)的資助。
圖1 人類對樟科植物的利用和相關活動造成的影響：(a)距今7,000年前河姆渡遺址出土的樟科植物葉片;圖片來源：《河姆渡新石器時代遺址考古發(fā)掘報告》;(b)江西省井岡山(紅箭頭指示本文研究材料：黃丹木姜子)。
圖2 基于全基因組SNPs構建的黃丹木姜子9大分支：(a, b, c)系統(tǒng)發(fā)育關系與遺傳分化的地理格局及(d,e)群體動態(tài)歷史。
圖3 東亞亞熱帶地區(qū)全新世以來黃丹木姜子有效種群大小變化與全新世
(a)年均溫度變化;(b)耕地面積變化;(c)灌溉稻區(qū)面積變化;(d)人口增長變化的相關性分析。
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