华南植物园刘慧述评：亚马逊地区的生态学研究仍存在普遍空白

原创 Cell Press CellPress细胞科学

生命科学 Life science

作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2023年第二十三期（总第151期）专栏文章，由中国科学院华南植物园副研究员、中国科学院青年创新促进会会员刘慧，就Current Biology中的论文发表述评。

生物多样性丧失是我们这个时代的主要挑战之一，解决这一问题需要清楚了解生态群落如何应对环境在时间和空间上的变化。尽管越来越多的全球生态群落数据库提高了我们对生物多样性对环境变化敏感性的认识，但热带地区的大片地区仍然研究不足。在美洲热带地区，亚马逊是世界上生物多样性最高的雨林，也是新热带生物多样性的主要来源，但它仍然是美洲最不为人所知的森林之一，在生物多样性数据库中的代表性往往不足。更糟糕的是，在我们能够利用这里的生物多样性了解生态群落的响应之前，人类活动可能会消除亚马逊地区的部分生物多样性，使得研究这一课题难上加难。因此，为了提高生物多样性知识的普遍性和适用性，在亚马逊地区，特别是在预计未来环境变化最明显的地区，减少生态学研究的偏差至关重要。

以Raquel Carvalho博士等科研人员为主的跨国研究团队，在机器学习模型框架中整合了2010-2020年多个生物类群在巴西亚马逊地区7694个采样点的生态群落元数据，绘制了该地区的研究概率图，同时计算了该地区对环境变化的脆弱性。发现研究概率的地理分布极不均匀，虽然不同生物类群的研究力度不同，但不同生物类群的研究概率都具有相似的空间格局，即使在多种生境中存在的类群，如植物和鸟类（图1）。

大地图代表了所有生物类群和栖息地类型的平均研究概率。底部插图展示了水生（蓝色地图）、湿地（绿色地图）和干地（橙色地图）生境中不同生物类群的研究概率。在所有地图中，黑色十字表示2010年至2020年的采样点。环状图展示了不同生境不同生物类群的取样百分比，进而预测了所有生物类群的研究概率（Sorensen均值0.89，范围=0.84-0.93）。

通过进一步分析巴西亚马逊地区生态学研究概率的驱动因素，发现研究地点的可达性和到研究设施的距离预测了研究概率64%的变异率，是最主要的驱动因子（图2）。首先，由于人类活动和物流在森林深处的减少，在水生、湿地和干地（不被洪水淹没的平原和山地，当地称为terra firme，下文称为uplands“干地”）三类生境中，研究概率最低（<0.1%）的区域面积占比分别为27.3%，17.3%和54.1%，即干地生境的研究空白远高于湿地和水生生境。其次，干季长度越长，会促进水生和干地生境的研究概率，但降低了湿地生境的研究概率。同时，森林砍伐和土地利用改变对不同生境研究概率的影响为中等，干扰加剧会降低已经退化或原住民区域的研究概率，但增加保护区的研究概率（图2）。

▲图2 物流的规模和方向及人类活动对研究概率的影响

（A）研究地点的可达性、（B）到研究设施的距离、（C）旱季长度、（D）退化程度。为方便比较，连续预测因子在0和1之间标准化，圆圈大小与可变重要性（即随机化每个预测因子值之后的均方误差（MSE））成比例。

最后，不同生物类群和生境类型取样不足的地区，尤其是它们的重叠区，能够很好的预测气候变化和森林砍伐的热点地区，即预计到2050年，15%至18%的生态研究中最被忽视的地区将经历严重的气候或土地利用变化。这意味着，除非我们对这些研究不足的地区立即采取行动，否则我们将无法确定它们的当前状态，更不用说监测它们未来是如何变化的、以及哪些生物多样性正在丧失（图3）。上述研究于2023年7月19日以“Pervasive gaps in Amazonian ecological research”为题在线发表在Cell Press旗下期刊Current Biology上。

论文摘要

生物多样性丧失是我们这个时代的主要挑战之一，解决这一问题需要清楚地了解生态群落如何应对环境在时间和空间上的变化。尽管越来越多的全球生态群落数据库提高了我们对生物多样性对环境变化敏感性的认识，但热带地区的大片地区仍然研究不足。在美洲热带地区，亚马逊是世界上生物多样性最高的雨林，也是新热带生物多样性的主要来源，但它仍然是美洲最不为人所知的森林之一，在生物多样性数据库中的代表性往往不足。更糟糕的是，在我们能够利用这里的生物多样性了解生态群落的响应之前，人类活动可能会消除亚马逊地区的部分生物多样性，使得研究这一课题难上加难。因此，为了提高生物多样性知识的普遍性和适用性，在亚马逊地区，特别是在预计未来环境变化最明显的地区，减少生态学研究的偏差至关重要。我们在机器学习模型框架中整合了多个生物类群7694个采样点的生态群落元数据，绘制了巴西亚马逊地区的研究概率图，同时确定该地区对环境变化的脆弱性。预计到2050年，15%至18%的生态研究中最被忽视的地区将经历严重的气候或土地利用变化。这意味着，除非我们立即采取行动，否则我们将无法确定它们的当前状态，更不用说监测它们未来是如何变化的、以及哪些生物多样性正在丧失。

Biodiversity loss is one of the main challenges of our time, and attempts to address it require a clear understanding of how ecological communities respond to environmental change across time and space. While the increasing availability of global databases on ecological communities has advanced our knowledge of biodiversity sensitivity to environmental changes, vast areas of the tropics remain understudied. In the American tropics, Amazonia stands out as the world’s most diverse rainforest and the primary source of Neotropical biodiversity, but it remains among the least known forests in America and is often underrepresented in biodiversity databases. To worsen this situation, human-induced modifications may eliminate pieces of the Amazon’s biodiversity puzzle before we can use them to understand how ecological communities are responding. To increase generalization and applicability of biodiversity knowledge, it is thus crucial to reduce biases in ecological research, particularly in regions projected to face the most pronounced environmental changes. We integrate ecological community metadata of 7,694 sampling sites for multiple organism groups in a machine learning model framework to map the research probability across the Brazilian Amazonia, while identifying the region’s vulnerability to environmental change. 15%–18% of the most neglected areas in ecological research are expected to experience severe climate or land use changes by 2050. This means that unless we take immediate action, we will not be able to establish their current status, much less monitor how it is changing and what is being lost.

向下滑动阅览摘要原文

中文内容仅供参考，请以英文原文为准

述评人简介

刘慧

中国科学院华南植物园副研究员

中国科学院青年创新促进会会员

hui.liu@scbg.ac.cn

刘慧，博士，中国科学院华南植物园植物生理生态学研究组副研究员，2019届中国科学院青年创新促进会会员，2022年中国科学院特聘研究基础原创类骨干。从事植物生理生态学、演化生态学的研究。以植物功能性状为切入点，在物种水平、演化类群、生物区系和全球尺度上研究不同植物类群的适应机制和演化模式。目前在Nature Ecology & Evolution, Science Advances, New Phytologist和Journal of Experimental Botany等生态学和植物学主流期刊上发表SCI论文50余篇。现担任Plant Diversity编委、Eco-Environment & Health和The Innovation青年编委。

Hui Liu, Ph.D., Associate Professor in Plant Ecophysiology Group, South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences. Member of Youth Innovation Promotion Association CAS since 2019, and member of Distinguished Research Foundation Original Backbone CAS since 2022. Her research interests include plant ecophysiology and evolutionary ecology using plant functional traits, to study plant adaptive mechanisms and evolutionary patterns of different plant taxa at the species, lineage, biome and global scales. She has published over 50 SCI papers such as Nature Ecology & Evolution, Science Advances, New Phytologist, and Journal of Experimental Botany. She is currently on the editorial board of Plant Diversity, Eco Environment & Health, and The Innovation.

向下滑动阅览英文简历

相关论文信息

原文刊载于CellPress细胞出版社

旗下期刊 Current Biology 上

中国科学院青年创新促进会（Youth Innovation Promotion Association，Chinese Academy of Sciences）于2011年6月成立，是中科院对青年科技人才进行综合培养的创新举措，旨在通过有效组织和支持，团结、凝聚全院的青年科技工作者，拓宽学术视野，促进相互交流和学科交叉，提升科研活动组织能力，培养造就新一代学术技术带头人。

Youth Innovation Promotion Association (YIPA) was founded in 2011 by the Chinese Academy of Science (CAS). It aims to provide support for excellent young scientists by promoting their academic vision and interdisciplinary research. YIPA has currently more than 4000 members from 109 institutions and across multiple disciplines, including Life Sciences, Earth Science, Chemistry& Material, Mathematics & Physics, and Engineering. They are organized in 6 discipline branches and 13 local branches.

阅读原文