生物多樣性的威脅因素及對全球變化的響應

物種瀕危與適應

近年來，我國已經利用基因組學方法開展了許多針對瀕危物種遺傳多樣性、瀕危歷史和原因、生存和適應策略的研究。許多瀕危物種種群數量和遺傳多樣性都非常低，容易導致這些種群的衰退，凸顯保護瀕危物種遺傳多樣性的緊迫性。相比之下，瀕危的大熊貓、藏羚羊、中華小熊貓仍具有較高水平的遺傳多樣性，表明這些種群仍具有較好的環境適應性。基于這些研究工作，我國學者最近提出了?2?個新的保護生物學分支學科——保護演化生物學和保護宏基因組學。

利用基因組信息，可以了解物種瀕危的過程和驅動因素，從而更有效地保護野生動物。例如，根據基因組數據，可以把大熊貓的進化歷史追溯到?800?萬年前，包括?2?次種群擴張、2?次種群瓶頸和?2?次分化，而更新世的氣候變化和近期的人類活動是大熊貓種群波動和分化的主要驅動力。金絲猴和中華小熊貓表現出與大熊貓相似的歷史種群波動模式，這意味著更新世的氣候變化與近期人類活動可能以類似的方式影響一些同域分布的動物。同時，更新世期間分布較窄的黔金絲猴、滇金絲猴、緬甸金絲猴和喜馬拉雅小熊貓的種群數量持續降低，凸顯出保護這些物種遺傳多樣性的緊迫性。盡管瀕危植物的種群動態與瀕危哺乳動物類似，但它們種群擴張和收縮的具體時間有所不同。了解氣候變化對物種的不同影響，并結合性狀數據理解瀕危機制，可以使管理策略更有效，從而減輕未來氣候變化對物種多樣性的影響。

全基因組研究為了解瀕危物種適應策略的機制提供了新的視角。在歷史環境變化中幸存下來的物種通常進化出了適應性策略以應對生存挑戰。例如，大熊貓和?2?個小熊貓物種之間的比較基因組學研究揭示了形態趨同和生理趨同的遺傳機制。DUOX2?基因的假基因化可能是大熊貓低能量代謝的遺傳機制。此外，腸道菌群也可能在瀕危物種的生存和適應中發揮重要作用。腸道菌群的宏基因組學分析確定了重要的細菌和消化酶，它們可幫助消化大熊貓竹食和金絲猴葉食中的纖維素和半纖維素。腸道菌群還有助于其他物種適應青藏高原的極端環境。

生物多樣性對全球變化的響應

物種可以通過地理分布范圍、物候、行為和生理可塑性的變化及適應性進化，應對全球變化。我國較大的緯度梯度和海拔梯度為研究物種分布范圍變化提供了極好的平臺。例如，研究表明，過去?1?個世紀的氣候變暖促進了青藏高原高山樹線的上移。我國植物廣布種和狹域種對人類活動的響應不同，即人類活動縮小了狹域種的分布范圍，卻擴大了廣布種的分布范圍。 

我國的植物、昆蟲和兩棲動物在過去的半個世紀中均發生了物候變化。樹木年輪數據顯示，隨著氣候變暖，青藏高原樹木的生長季正在延長，包括生長季開始的提前與結束的延后。相反，高原草甸和草原植被的研究表明，盡管暖春使生長季開始提前，但暖冬也導致滿足低溫需求的時間延后，從而最終導致春季物候推遲。

物種還可以通過行為和生理的可塑性及快速的適應性進化來應對氣候變化。例如，即使是早期的海龜胚胎也可以在卵內移動，以適應卵內小范圍的熱量不均勻分布。這種體溫調節行為在爬行動物和鳥類中也廣泛存在。胚胎還可以調整其生理機能，以減少不利熱條件的影響。此外，入侵性海洋被膜動物——海鞘可以通過?DNA?甲基化修飾快速適應環境變化。