島嶼效應

島嶼效應

島嶼上物種數目(或一個地區中)會隨著島嶼面積的增加而增加,最初增加十分迅速,當物種接近該生境所能承受的最大數量時,增加將逐漸停止。物種數目的對數與面積對數的坐標圖顯示的是一個線性關係。對於海洋島嶼和生境島嶼來說,這些雙對數坐標圖直線的斜率,大多在0.24~0.34之間。對於連續生境內的亞區域,斜率接近0.1。隨著面積增加,物種多樣性增加的效果在島嶼上要比連續生境內明顯。 羅馬尼亞的科學家將這種恐龍命名為“Balaur bondoc”,羅馬尼亞語的意思是“強壯結實的恐龍”。這種恐龍生活於0.8億年前,當時的羅馬尼亞是一個島嶼,動物在島嶼上發育進化存在著局限性,體型進化得相對矮小,被稱為“島嶼效應”。 [1]

基本信息

簡介

這是一種具有“島嶼效應”的鐮刀龍,長有強壯有力的前爪,能夠像“拳擊手”一樣攻擊獵物。這是一種具有“島嶼效應”的鐮刀龍,長有強壯有力的前爪,能夠像“拳擊手”一樣攻擊獵物。

最近,科學家在羅馬尼亞境內發現一種獨特的恐龍,這是一種具有“島嶼效應”的鐮刀龍,長有強壯有力的前爪,能夠像“拳擊手”一樣攻擊獵物。

羅馬尼亞的科學家將這種恐龍命名為“Balaur bondoc”,羅馬尼亞語的意思是“強壯結實的恐龍”。這種恐龍生活於0.8億年前,當時的羅馬尼亞是一個島嶼,動物在島嶼上發育進化存在著局限性,體型進化得相對矮小,被稱為“島嶼效應”。

影響因素

在揚馬延島產生的島嶼效應影響下,格陵蘭海上空的平行雲街內正形成壯觀的卡門漩渦。與其他圖片中的島嶼一樣,揚馬延島也在干擾氣流,導致流動的雲層在尾流處形成反向漩渦。這幅照片由宇航局Aqua衛星的MODIS於2009年2月拍攝,格陵蘭島海岸和突出的海冰出現在照片的左上方。在揚馬延島產生的島嶼效應影響下,格陵蘭海上空的平行雲街內正形成壯觀的卡門漩渦。與其他圖片中的島嶼一樣,揚馬延島也在干擾氣流,導致流動的雲層在尾流處形成反向漩渦。這幅照片由宇航局Aqua衛星的MODIS於2009年2月拍攝,格陵蘭島海岸和突出的海冰出現在照片的左上方。

中國管轄海域有6500多個島(礁),沿海島嶼由於與大陸隔離,島上生物區系獨特。南海許多島(礁)是珊瑚島(礁),具珊瑚礁生態系統的特色。海島周圍海域因島嶼效應,物種多樣性極為豐富。

(1)海島
以西沙東島、海南大洲島大連蛇島為例,說明沿海島嶼生物多樣性的一般特點。
a.西沙東島 是西沙群島27個島礁的第二大島(面積1.55km2)和僅有的兩個礁島之一,海拔高4~5m,由上升礁和珊瑚貝殼砂複合而成。島的中部有鳥糞堆積,厚1.5~2m,最厚2.5m。島上有典型的熱帶珊瑚島常綠雨林,樹高16m,以麻瘋桐(Pisonia grandis)、海岸桐(Guettarda speciosa)和草海桐(Scaevola sericea)為優勢種。林間棲息著大量的鰹鳥(Sula rubripes, S. leucogaster)等。
本島四周由階梯式的礁平台構成(三個階分別是3~5m、15~25m、40~50m)。在礁平台上的生物分帶極為明顯。不同坐向又有差別,棲息的物種多樣性的差異也很大。如東北向礁平台發育好,500m淺水台地分橙黃濱珊瑚帶(大量藻類聚生),蒼珊瑚帶和碎珊瑚帶(海藻貧乏)。西南方礁平台發育不好,海藻也較貧乏,150m的淺水台地分珊瑚礫帶和菊花一蜂巢珊瑚帶。在這么小的島及其鄰近海域已記錄高等植物200多種,底棲藻類400多種,無脊椎動物1800種,魚類500餘種及60種鳥。
b.海南大洲島 位於海南南岸萬寧縣海面,面積僅7000hm2。島的南邊懸崖聳立,南羅洞是國內僅有的金絲燕築巢地,出產名貴補品大洲燕窩。熱帶地區印尼等有多種金絲燕,是名貴補品燕窩主產地。其中爪哇金絲燕(Collocalia fuciphaga)每年春天到南羅洞繁殖,表明這種熱帶候鳥最北的繁殖地就在海南南岸。

c.蛇島 蛇島是世界奇島,具有奇特的生態系統和豐富的蛇毒資源。位於旅順口,離大陸最近距離7海里,面積0.73km2。棲息單一蛇種乾山蝮蛇蛇島亞種(Agkistrodon qian-shanensis shedaoensis),目前僅這個小島有記錄,共有1.4萬條,體長73~102cm。以飛經島上空的小型候鳥為食,形成仰首張口的覓食習性,其活動規律和候鳥的活動規律基本一致。蝮蛇是名貴藥材,已建成蛇毒工廠、蛇島醫院和博物館。蛇島及附近每年有283種、200餘萬隻候烏飛過,小型鳥是蝮蛇天然食料,大猛禽如雀鷹則捕食蝮蛇。島上記錄昆蟲122種,植物210種,其中粉葛藤的旺盛生長對蝮蛇生長發育有影響。空中、陸上和海濱生物是食物鏈的各個環節,示意如下:

海濱生物→小型候鳥→蝮蛇→猛禽(雀鷹等)

(2)珊瑚及島礁生態系統
中國海的造礁珊瑚有200多種(表5),占世界造礁珊瑚的1/3。中國海珊瑚礁面積所占的比例很大。中國珊瑚礁分布的北界是海南島和台灣島沿岸(主要是岸礁)。東沙、西沙和南沙諸島(礁和暗沙)基本上是由珊瑚礁形成的環礁。廣東、廣西、香港、台灣北部和福建南部也有造礁石珊瑚分布,但不成礁或礁的發育差。

島嶼效應島嶼效應

珊瑚礁結構獨特,物種豐富多彩,可與陸上的熱帶雨林媲美。南沙珊瑚礁的造礁生物要是珊瑚(南沙已記錄11科、33屬、94種)。南沙的珊瑚礁雖未見海藻脊存在,但是珊瑚(Corallina officinalis)、仙掌藻(Halimedo opuntia)和苔蘚蟲等成礁生物還是普遍在的。

珊瑚礁是立體生境,珊瑚本身、礁體表面和縫隙間、礁體內以及鄰近水域都有大量生物棲息。在南沙珊瑚礁區已經記錄了3372種生物。鮮艷美麗的色澤,大多具石灰質外殼是珊瑚礁生物最主要的表征。

(3)海島海域生物多樣性
中國沿海海島星羅棋布,總數超過6500個,大多數為基岩島,部分為泥沙島和珊瑚礁。除南海諸島外,中國海域的島嶼緊靠大陸海岸,位於沿岸水團和外海水團互相影響較為強烈的海區,島嶼四周及附近海區營養鹽豐富,形成有利於水生生物棲息的生境,潮間帶和潮下帶的生物種類繁多,生物量較大。

根據全國海島資源綜合調查的結果,共記錄浮游植物633種,物種多樣性程度自中國北方海域向南方增加。西沙、南沙群島海域最為豐富;但優勢種及個體數量則相反,西沙和南沙群島海域優勢種不明顯。北方海域優勢種較明顯,且個體數量較大。

浮遊動物有615種。在北方海域出現的浮遊動物多屬於溫帶和暖溫帶近岸種,而南方則以暖水性和高溫高鹽外海種為主,一些河口附近島嶼周圍海域的浮遊動物則主要由低鹽種、半鹹水種和淡水種組成。

海島的潮間帶雖一般較窄、較陡峭,但潮間帶生物和淺海底棲生物種類較豐富。在海島調查中共發現潮間帶生物2377種,底棲生物1872種,其中種類數目最多的是軟體動物,約占30%左右。

海島周圍海域中的游泳生物共記錄有魚類1126種,大型無脊椎動物291種。

實驗研究

無論在人類的社會還是自然生物系統中,近代的研究發現合作行為可能是個體間相互作用的基本形式之一。英國科協主席Robert May在2005年的任職演說中,將生物進化過程和人類的社會學中合作關係演化及其系統維持列為進化生物學或社會科學中最為重要的、未被解決的科學問題。從上世紀60年代陸續提出的群選擇理論、親選擇理論以及互惠選擇等理論認為合作雙方由於合作雙方之間存在親緣關係、利益互換或群體間競爭等因素,個體選擇合作的策略將總是比其它任何策略的收益都高,合作雙方將穩定的合作納什均衡。然而,後來的試驗與觀測發現:在幾乎所有的合作系統,合作雙方實際都存在衝突或競爭,部分個體將會採取欺騙的策略,甚至演化為系統的寄生者。上述經典理論因而無法解釋合作系統普遍存在的衝突或投機現象。

中國科學院昆明動物所的王瑞武和雲南大學數學系教授李耀堂、博士研究生賀軍州等在2004年Nature發表模型的基礎上,將經典的鷹-鴿博弈從對稱性轉化非對稱性後,模型驚奇地發現:合作雙方的非對稱性程度越高,雙方的合作頻率也將越高。系統中優勢方通過對投機的懲罰而獎勵誠實合作者,從而維持合作系統地局域穩定性。優勢方對合作方或劣勢方的懲罰可信性將依賴於合作方從該系統退出成本大小或擴散到其它系統的可能性。其分析發現:經典合作理論與實際觀測結果之間的悖論可能是由於經典理論對稱性的前提假設不合理所致,現實的合作系統可能是從一個對稱性系統演化而來。該理論模型將發表在近期的《中國科學》中。

課題組同時以著名的榕樹-榕小蜂之間的合作為模式系統對該思想進行了驗證。其實驗結果發現:經典的基於對稱思想,認為生態位分化維持合作或生態系統穩定性的理論可能是不可信的。其實驗結果顯示:合作系統內的投機者或寄生物種完全會導致合作的個體或物種滅絕,從而導致榕樹與傳粉小蜂之間合作關係的解體。然而,投機或寄生物種過度增長又將導致植物懲罰,從而又會致使投機或寄生物種的滅絕,誠實合作的個體或物種又從其它種群中擴散過來,重新建立其種群。當誠實合作者種群數量得以建立並擴張後,投機或寄生者的又可以在合作系統中得到擴散,整個生態或合作系統將通過上述非對稱性的相互作用而出現擾動,系統也將通過其內部個體間的非對稱性相互作用而維持其合作關係的局域性穩定。

該研究結果同時表明生態學中“島嶼”效應可能通過物種的非對稱性相互作用而產生。在生態學理論中, Preston1962年提出“島嶼”理論後,普遍認為“島嶼”效應只能通過空間異質性產生,此項研究結果表明:物種的相互非對稱性相互作用也將會導致物種的局域性滅絕,物種分布將因此在某些局域環境的出現“真空”的“斑塊”,其它局域或斑塊的物種從而遷徙過來填補其分布的空白,合作系統通過物種的非對稱性相互作用產生“島嶼”或“斑塊”效應,通過“島嶼”或“斑塊間的相互移動實現物種間相互關係的混沌性擾動。而這一重要的“島嶼效應”產生機制在過去的生態學研究中完全被忽略了。

這一實驗結果由王瑞武和他的兩名碩士研究生孫寶發鄭琪合作完成。結果於2010年5月發表在國際著名雜誌Ecology上。

該項研究結果將是對老莊哲學思想的一次科學的詮釋:任何一個物種或個體的過度增長或擴張反過來將會導致自身滅絕或種群減少。“禍兮福之所倚,福兮禍之所伏”,或“樂極生悲,否去泰來”的思想在生態系統得到驗證。

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