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绘制浮游植物的全球分布图

在世界海洋中有大约10,000到20,000种不同的物种,浮游植物(来自希腊植物的植物)的多样性非常丰富。这些浮游植物是这个星球上海洋生态系统和生命的关键元素,产生的氧气比世界上所有雨林的总和还多。它们也是海洋食物链的基础。

然而,迄今为止,关于浮游植物的地理和季节性多样性知之甚少。虽然已经确定了许多种类的浮游植物,但它们何时何地发生的问题在很大程度上尚未开发;鉴于当前的生物多样性危机,这代表了严重的知识差距。

5月初,生物多样性和生态系统服务政府间平台在其最新报告中指出,由于人类活动和气候变化,地球上所有已知物种中有一百万人面临灭绝的威胁。然而,对于许多重要的物种,特别是世界上最小的海洋生物,浮游生物的物种,我们对其分布和多样性的了解至今仍然不充分或根本不存在。

现在,来自苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦森林,雪地和景观研究所WSL的一组研究人员填补了这方面的知识空白。在最近发表在“科学进步”杂志上的一项研究中,他们模拟了530多种不同浮游植物的空间和时间分布。作为其分布图的基础,他们使用了来自世界各大洋的大约700,000个水样。

热带海域的生物多样性

他们的研究表明,热带水域在一年中的任何时候都拥有最丰富的物种多样性。浮游植物的多样性在印度尼西亚 - 澳大利亚群岛的海域,印度洋的部分地区和赤道太平洋中尤为突出。在亚热带地区,生物多样性明显超过南北纬30度,达到55度左右的最低值。然后多样性再次向极地方向发展。

该研究的第一作者达米亚诺·里盖蒂说:“我们惊讶地发现,每月,极地海域的多样性比中纬度地区更大。”他是ETH教授Nicolas Gruber和资深科学家Meike Vogt的博士生。“这是非常了不起的,因为全球物种分布和多样性通常与环境温度趋势密切相关。”

物种多样性通常朝着两极不断减少,通常处于最低点。温度可能是这种下降的直接原因。根据代谢理论,更高的温度加速新陈代谢,遗传物质和物种形成的突变。这就解释了为什么热带地区的物种比中纬度地区和极地地区更丰富,正如预期的那样。

生物多样性在中纬度地区出人意料地低

该研究表明,浮游植物的行为并不总是符合这一理论。“显然,温度会影响浮游生物的多样性,”Righetti说。其中两个可能是强流和湍流,这在中纬度地区很普遍,但在极地或热带海域却不那么严重。生态学家说:“这些纬度的季节性波动和海洋湍流可能会抑制生物多样性的发展,尽管这里的温度高于极地海洋。”

Righetti及其同事还发现,与热带地区不同,中纬度地区的浮游植物多样性因季节而异。Righetti解释说,尽管中纬度物种的数量随着时间的推移而不变,但物种组成随着时间的推移而变化:“与热带海洋相比,这里的多样性在全年都是动态的,但几乎没有任何研究表明已经完成了。“

在运输路线上收集的样品

与ETH兼职教授Niklaus Zimmermann和WSL的其他同事一起,Righetti开发了一个计算机模型来绘制浮游植物的多样性分布图。他们用观测数据喂养这个模型,并用它来预测每个物种发生的位置 - 时间分辨率为一个月。

观测数据来自研究旅行期间收集的水样以及正常航运路线。浮游植物专家随后在显微镜下研究样品以确定它们包含哪些物种。随着时间的推移,这些研究巡航积累了数千种不同物种的大量观测数据。然后Righetti及其同事将可用数据收集到数据库中并进行分析。

然而,必须指出的是,采样并未在海洋中均匀分布,而且在许多地区,采样并未跨越所有季节。感谢英国研究人员,北大西洋的代表性非常好,但其他大部分地区的数据很少。ETH研究人员在他们的模型中补偿了这种失真。

他们的工作在许多方面都很重要。他们的分布图不仅是第一张图浮游植物图;他们的模型也可用于预测浮游植物的多样性如何在变化的温度条件下发展。气候变化导致的温暖水域可能会改变浮游植物的分布。“反过来,这可能对整个海洋食物链产生严重影响,”Righetti说。

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