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岛屿生物地理学

岛屿生物地理学是生物地理学的一个分支,由Robert MacArthur和E. O. Wilson提出,专门研究孤立的自然群落中物种丰富度和多样性的影响因素。该理论最初是为了解释海岛上的物种面积关系的模式而发展起来的,现在已经扩展到任何被异质生态系统包围的孤立生态系统,包括山峰、海底山、绿洲、破碎的森林,以及因人类活动而孤立的自然栖息地。岛屿生物地理学理论认为岛屿上物种的丰富度取决于新物种的迁入和原有物种的灭绝,这两个过程的相互作用导致物种丰富度的动态变化。当迁入率与绝灭率相等时,岛屿物种数达到动态平衡状态,物种的种类更新速率等于迁入率或绝灭率,这称为种周转率。

概述

岛屿生物地理学理论最初用来解释决定岛屿物种丰富程度的因素,后来也被用来研究戈壁湖泊、沙漠山地、孤立雨林甚至人类社会包围下的小块自然栖息地的物种数量状况。生物学家罗伯特·麦克阿瑟和E·O·威尔森于二十世纪六十年代最先开始这一领域的研究,并在普林斯顿大学种群生物学专著系列的开篇之作中提出了“岛屿生物地理学”一词,这一专著系列试图预测一个新的岛屿上将会出现的物种数量。

定义

岛屿生物地理学中的“岛屿”可以指适合特定生态系统的任何栖息地区域,其周围环绕着大量不适宜的栖息地。这个概念不仅适用于一般意义上的岛屿,也适用于各种非传统的“岛屿”,例如山峰、孤立的泉水或湖泊,以及被人工景观所包围的自然栖息地。对于一种生物而言的“岛屿”,对于其他生物而言可能并不是岛屿,这取决于物种的生态需求和行为模式。

理论

岛屿生物地理学理论指出,未受干扰的岛屿环境中,物种数量是由迁入和绝灭决定的。孤立的种群可能遵循不同的进化路线,迁入和迁出受到岛屿和潜在定殖者的“源”之间的距离的影响。与不太孤立的岛屿相比,更加孤立的岛屿有生物迁入的概率较低。岛屿大小影响物种的绝灭速率,大的岛屿有较大面积的栖息地,也更可能有多种不同的栖息地,从而降低因偶然事件造成绝灭的概率。栖息地异质性可以增加迁入后能够延续的物种数量。隔离除了影响迁入率外,还会影响绝灭率,不太孤立的岛屿上的种群绝灭的可能性较小,来自源种群和其他岛屿的个体可以迁入并“营救”该种群,这就是所谓的营救效应。岛屿大小也会影响迁入率,物种可能会主动选择更大的岛屿,因为它们资源更丰富,生态位更宽;另外,更大的岛屿也可能只是因为更大而偶然积累了更多的物种,这称为目标效应。

影响因素

岛屿生物地理学中,物种多样性受到多种因素的影响,包括:

- 隔离度。(到最近“邻居”和大陆的距离)

- 隔离时长。

- 岛屿的大小。(面积更大通常有利于提高多样性)

- 栖息地适宜性,包括气候、如果先前附着在较大的大陆块上的初始动植物构成、当前的物种组成、相对于洋流和吹尘的位置。(影响养分、鱼类、鸟类和种子流动模式)

- 偶然性。(影响偶然迁入)

- 人类活动。

历史

化石提供了地球上的生命记录,可以借助化石来研究岛屿生物地理学理论。例如,3亿年前的石炭纪雨林崩溃事件引发了爬行纲的进化爆发,这次事件展示了岛屿生物地理学理论的原理。

研究实验

岛屿生物地理学理论通过多种实验得到检验。爱德华·威尔逊和他的学生丹尼尔·森博洛夫在佛罗里达礁岛群的红树林群岛进行了实验,监测物种迁入岛上的情况。巴罗科罗拉多岛热带雨林研究站的研究也提供了岛屿形成后生态变化的大量出版文献。

应用

岛屿生物地理学理论在保育生物学领域具有重要应用。保护区和国家公园在人类改变的景观中构成岛屿的想法,以及这些保护区可能会丧失物种的问题引起了极大的关注。威廉·纽马克的研究表明,受保护的美国国家公园的规模与哺乳纲种类的数量之间存在很强的相关性。这导致了“一大或数小”(SLOSS)的争论,关于保护区设计的最佳方式。岛屿生物地理学理论也促进了野生动物廊道的发展,这种廊道作为一种保育工具,能够提高栖息地岛屿之间的连接度。此外,该理论最能解释异域物种形成,也可用于解释同域物种形成的现象。

相关事件

在2009年发表的一篇论文中,UCLA地理学家Thomas Gillespie和John Agnew及学生预测,奥萨马·本·拉登有80.9%的可能性隐藏在巴基斯坦阿伯塔巴德,他们利用卫星数据和已知的最后行踪报告预测本拉登的去向,并根据岛屿生物地理学理论创建了一个概率模型。这一事件展示了岛屿生物地理学理论在非生物学领域的应用潜力。

参考资料