為何鳥類和哺乳動物生物多樣性的喪失會給一些植物帶來厄運?

在首批此類研究中,研究人員衡量了鳥類哺乳動物的生物多樣性喪失將如何影響植物適應人類引起的氣候變暖的機會。一半以上的植物物種依靠動物來散播它們的種子。在上周《科學》雜誌封面的一項研究中,美國和丹麥的研究人員表明,由於幫助這些植物適應環境變化的哺乳動物和鳥類生物多樣性的喪失,動物散播植物跟上氣候變化的能力已經減少了60%。

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來自萊斯大學、馬里蘭大學、愛荷華州立大學和奧胡斯大學的研究人員利用機器學習和來自數千項實地研究的數據,繪製了全世界散播種子的鳥類和哺乳動物的貢獻。為了了解衰退的嚴重性,研究人員將今天的種子傳播圖與顯示沒有人類造成的滅絕或物種範圍限制的情況下的傳播圖進行比較。

該研究的第一作者、萊斯大學生態學家Evan Fricke說:“有些植物活了幾百年,它們唯一的移動機會是在它們作為種子在景觀中移動的那段短暫時期。”

隨着氣候的變化,許多植物物種必須遷移到更適合的環境。如果有太少的動物把它們的種子移到足夠遠的地方以跟上變化的條件,那麼依賴種子散播者的植物可能會面臨滅絕。

他說:“如果沒有動物來吃它們的果實或運走它們的堅果,那麼動物散布的植物就不會移動得很遠。”

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Fricke說,人們在經濟上和生態上依賴的許多植物都依賴於散播種子的鳥類和哺乳動物,他在馬里蘭大學國家社會環境綜合中心(SESYNC)的博士后獎學金期間與共同作者Alejandro Ordonez和奧胡斯的Jens-Christian Svenning以及愛荷華州的Haldre Rogers合作進行了這項研究。

Fricke說,這項研究是第一個量化全球種子傳播問題的規模和受影響最嚴重的地區。作者使用從世界各地的實地研究中綜合出來的數據來訓練種子傳播的機器學習模型,然後用訓練好的模型來估計由動物減少造成的氣候追蹤傳播的損失。

他說,對種子傳播損失進行估算需要兩項重大的技術進步。Fricke說:“首先,我們需要一種方法來預測世界上任何地點的植物和動物之間發生的種子散播互動。”

研究人員對來自400多個實地研究的物種互動網絡數據進行建模,發現他們可以使用植物和動物的特徵數據來準確預測植物和種子傳播者之間的互動。

他說:“其次,我們需要模擬每一種植物-動物的相互作用實際上如何影響種子的傳播。例如,當動物吃水果時,它可能會破壞種子,也可能將種子散布到幾米外或幾公裡外。”

研究人員使用了來自數千項研究的數據,這些數據涉及特定種類的鳥類和哺乳動物散布多少種子,它們散布多遠以及這些種子的發芽情況。

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美國國家科學基金會(NSF)生物科學局的項目主任Doug Levey說:“除了喚醒動物物種的減少極大地限制了植物適應氣候變化的能力之外,這項研究還展示了應用於巨大的、公開可用的數據的複雜分析的力量。”

該研究顯示,在北美、歐洲、南美和澳大利亞的溫帶地區,種子散播的損失尤其嚴重。如果瀕危物種滅絕,南美、非洲和東南亞的熱帶地區將受到最大影響。

Fricke說:“我們發現氣候追蹤的種子傳播下降了95%的地區,儘管他們只失去了百分之幾的哺乳動物和鳥類物種。”

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Fricke表示,種子散播者的減少突出了氣候和生物多樣性危機的一個重要交叉點。他說:“散播種子的動物的生物多樣性是植物的氣候復原力的關鍵,這包括它們繼續儲存碳和養活人類的能力。”

Fricke說,為改善自然棲息地的連通性而進行的生態系統恢復可以抵消種子散播的一些下降。

該研究的高級作者、奧胡斯大學生物多樣性動態中心的教授兼主任Svenning說:“大型哺乳動物和鳥類作為長距離的種子傳播者特別重要,並且已經從自然生態系統中廣泛流失。這項研究強調了恢復動物群落的必要性,以確保在面對快速氣候變化時的有效傳播。”

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Fricke說:“當我們從生態系統中失去哺乳動物和鳥類時,我們不僅僅是失去物種。滅絕和棲息地的喪失損害了複雜的生態網絡。這項研究表明,動物的減少會破壞生態網絡,威脅到人們所依賴的整個生態系統的氣候復原力。”

NSF的Levey說:“通過SESYNC和NSF的其他投資,我們正在使生態學家能夠預測當植物的分散者‘隊友’退出時,植物會發生什麼,就像我們預測體育比賽的結果一樣。”