2018 年,生态学现在最前沿的发现是什么?

谢邀

由于题主限定了时间,所以又补充了一些新研究。

才疏学浅,很难能够总结生态学各方面的进展,我只对我接触的和在工作的方便进行总结与解答。最近生态学的进展并不非常亮眼,尤其与人工智能等新型科学相比,生态学目前只是站在了新时代的门口,但还没有进门,所有的研究成功都像是蒙了一层纸。生态学目前还没有非常有力的工作,将这层纸撕破。

我们对自然界的认识,随着大数据时代的来临,开始变得明朗化和可视化。从最基本的问题来说,我们现在大概能够了解地球上到底有多少棵树(Crowther et al., 2015),并且接近去预测各个生态型的物种多样性。我们对群落生物多样性的维持产生了新的认识,二十多年前Tilman的工作提出一个鲜明的理论,即生物多样性的维持依赖于物种间所利用资源的异化(niche differentiation)。然而最新的研究发现,事实上物种之间可以共存,其实有可能与物种间的竞争能力的差别有关,竞争能力差别越小,物种越能够共存,而竞争能力差异大的,或者不擅长运用类似资源的物种,将会被淘汰(Kraft et al., 2015)。事实上,对于生物多样性的发生,存在一个很有意思的结果。首先我们目前所有对生物多样性的研究似乎都着眼在了物种是怎么没的,却没了解物种是怎么来的。最近的研究成果认为,目前的生物多样性来自于一个非常大的pool,只有50%的pool中的物种才能留存下来,不管这个pool多么大,不管其中是怎样的条件,最终存留下来的物种数都将是这个pool的50%(Serván et al., 2018)。目前这个理论只停留在模型阶段,我只知道只有少数几个工作组在用现实系统在验证(本人是其中之一)。当然,我们对于species pool的认识可以追溯回哈钦森时代的讨论,只是我们在最近又重新开始重视这一类的概念,并且近十年提出了很多有意思的新理论比如dark diversity和根据技术上的缺陷提出sample completeness。与这批芝加哥学者几乎同时发布的工作已经对此有所指示,但这批欧洲人的研究重点在于环境因子是否会对不同尺度的生物多样性(regional species richness &local community richness)(这是一个五年前慢慢被提出的来问题)有类似的影响结果(Jiménez-Alfaro et al., 2018)。

我们对全球变化的理解也在加深,今年似乎最大的进展来自于新版本IPCC 报告的推出,其中提出的新的呼吁耐人寻味,本人并不太对这个方面感兴趣,所以了解有限,网上的解读已经有不少,此处不再展开。但全球气候变化后,植被之间相互作用关系问题值得大家思考(Alexander et al., 2015)。由于环境变化,物种的分布也在发生变化,有些之前从来不曾相遇的物种,会因为物种迁移速度的不同从而产生新的相互作用关系,对于这个问题的解决有助于未来了解物种入侵的机制。关于气候变化后的植被变化,之前的工作都认为,二氧化碳浓度升高会有利于C3植物的生长,但是最新的结果表明,长时间的二氧化碳浓度升高反而会更有利于C4植物的生长(Reich et al., 2018)。这与之前所有的短期实验结果形成了鲜明的对比。这些年我们一直强调对于环境变化的研究要有长期研究的思想,因为群落对变化的相应并不是一蹴而就的,往往要经历几代甚至几十代的世代交替才能完成。这个工作又一次证明了长期观测的重要性。

说点好玩的,近几年新的思考路径统一了有关于仙女环(fairy circle)的形成问题的讨论。有理论认为这些环的形成来自于白蚁的活动,还有人认为这些来自于植物存在自组织行为。最新的工作发现这两种理论并不矛盾,事实上是在他们的协同作用下,才会形成这样的植被环(Tarnita et al., 2017)。由于我涉及过一些人类生态学的课题,最近的进展发现从大尺度来看,人类聚落的分布高度依赖于自然界的环境条件,人类活动对聚落分布的影响并不大(Tao et al., 2017)。这有悖于我们之前对人类活动的影响的先验想法,目前关于这些类似的研究还在继续,争取这几年做出具有普适意义的结果来。我们对之前ecoregion和biome的人为划分最近被证明是没啥太大出入的,工作来自于(Smith et al., 2018)。这个有意思的一点是间接说明了自然界中两个生态系统之间不是渐变的,而是存在突变的,这就启发我们回过头去重新思考当年克莱门斯等人对渐变和突变问题的讨论。果真如Jeff Smith的工作所示,到底什么因素在影响着界线两边的生态系统特征的分化?这其中还存在着大量好玩的未解的疑问。

据了解,马上就有所突破的几个问题:

1. 整个地球有多少种线虫物种

2. 整个地球有多少种木本物种

3. 新的刻画生态位的方式(似乎这篇新的工作有所暗示?(Bruelheide et al., 2018))?

4. ……

未完待续,想起多少写多少。有可能有些已经不是什么前沿,欢迎批评指正。

另如果题主上的是一门课,并且课上有总结,也请题主分享来自任课老师的总结,我很乐意了解到不同的声音,信息共享才有意思。

参考文献

Alexander, J.M., Diez, J.M. & Levine, J.M. (2015) Novel competitors shape species’ responses to climate change. Nature, 525, 515–518.

Bruelheide, H., Dengler, J., Purschke, O., Lenoir, J., Jiménez-Alfaro, B., Hennekens, S.M., Botta-Dukát, Z., Chytrý, M., Field, R., Jansen, F., Kattge, J., Pillar, V.D., Schrodt, F., Mahecha, M.D., Peet, R.K., Sandel, B., van Bodegom, P., Altman, J., Alvarez-Dávila, E., Arfin Khan, M.A.S., Attorre, F., Aubin, I., Baraloto, C., Barroso, J.G., Bauters, M., Bergmeier, E., Biurrun, I., Bjorkman, A.D., Blonder, B., Čarni, A., Cayuela, L., Černý, T., Cornelissen, J.H.C., Craven, D., Dainese, M., Derroire, G., De Sanctis, M., Díaz, S., Doležal, J., Farfan-Rios, W., Feldpausch, T.R., Fenton, N.J., Garnier, E., Guerin, G.R., Gutiérrez, A.G., Haider, S., Hattab, T., Henry, G., Hérault, B., Higuchi, P., Hölzel, N., Homeier, J., Jentsch, A., Jürgens, N., Kącki, Z., Karger, D.N., Kessler, M., Kleyer, M., Knollová, I., Korolyuk, A.Y., Kühn, I., Laughlin, D.C., Lens, F., Loos, J., Louault, F., Lyubenova, M.I., Malhi, Y., Marcenò, C., Mencuccini, M., Müller, J. V., Munzinger, J., Myers-Smith, I.H., Neill, D.A., Niinemets, Ü., Orwin, K.H., Ozinga, W.A., Penuelas, J., Pérez-Haase, A., Petřík, P., Phillips, O.L., Pärtel, M., Reich, P.B., Römermann, C., Rodrigues, A. V., Sabatini, F.M., Sardans, J., Schmidt, M., Seidler, G., Silva Espejo, J.E., Silveira, M., Smyth, A., Sporbert, M., Svenning, J.-C., Tang, Z., Thomas, R., Tsiripidis, I., Vassilev, K., Violle, C., Virtanen, R., Weiher, E., Welk, E., Wesche, K., Winter, M., Wirth, C. & Jandt, U. (2018) Global trait–environment relationships of plant communities. Nature Ecology & Evolution, 2.

Crowther, T.W., Glick, H.B., Covey, K.R., Bettigole, C., Maynard, D.S., Thomas, S.M., Smith, J.R., Hintler, G., Duguid, M.C., Amatulli, G., Tuanmu, M.N., Jetz, W., Salas, C., Stam, C., Piotto, D., Tavani, R., Green, S., Bruce, G., Williams, S.J., Wiser, S.K., Huber, M.O., Hengeveld, G.M., Nabuurs, G.J., Tikhonova, E., Borchardt, P., Li, C.F., Powrie, L.W., Fischer, M., Hemp, A., Homeier, J., Cho, P., Vibrans, A.C., Umunay, P.M., Piao, S.L., Rowe, C.W., Ashton, M.S., Crane, P.R. & Bradford, M.A. (2015) Mapping tree density at a global scale. Nature, 525, 201–205.

Jiménez-Alfaro, B., Girardello, M., Chytrý, M., Svenning, J.C., Willner, W., Gégout, J.C., Agrillo, E., Campos, J.A., Jandt, U., Kacki, Z., Šilc, U., Slezák, M., Tichý, L., Tsiripidis, I., Turtureanu, P.D., Ujházyová, M. & Wohlgemuth, T. (2018) History and environment shape species pools and community diversity in European beech forests. Nature Ecology and Evolution, 2, 483–490.

Kraft, N.J.B., Godoy, O. & Levine, J.M. (2015) Plant functional traits and the multidimensional nature of species coexistence. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112, 797–802.

Reich, P.B., Hobbie, S.E., Lee, T.D. & Pastore, M.A. (2018) Unexpected reversal of C 3 versus C 4 grass response to elevated CO 2 during a 20-year field experiment. Science, 360, 317–320.

Serván, C.A., Capitán, J.A., Grilli, J., Morrison, K.E. & Allesina, S. (2018) Coexistence of many species in random ecosystems. Nature Ecology and Evolution, 2, 1237–1242.

Smith, J.R., Letten, A.D., Ke, P.J., Anderson, C.B., Hendershot, J.N., Dhami, M.K., Dlott, G.A., Grainger, T.N., Howard, M.E., Morrison, B.M.L., Routh, D., San Juan, P.A., Mooney, H.A., Mordecai, E.A., Crowther, T.W. & Daily, G.C. (2018) A global test of ecoregions. Nature Ecology and Evolution, 2, 1889–1896.

Tao, T., Abades, S., Teng, S., Huang, Z.Y.X., Reino, L., Chen, B.J.W., Zhang, Y., Xu, C. & Svenning, J.C. (2017) Macroecological factors shape local-scale spatial patterns in agriculturalist settlements. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 284.

Tarnita, C.E., Bonachela, J.A., Sheffer, E., Guyton, J.A., Coverdale, T.C., Long, R.A. & Pringle, R.M. (2017) A theoretical foundation for multi-scale regular vegetation patterns. Nature, 541, 398–401.

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:知乎用户(登录查看详情)

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