扩散生态学与演化

扩散生态学与演化
作 者: 让·克洛伯特 刘文亭 董全民 周沁苑
出版社: 科学技术文献出版社
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作者简介

  刘文亭,农学博士,现工作于青海大学畜牧兽医科学院,主要从事草地生态学领域研究。2019年入选青海省“ 创新人才 ”(引进拔尖人才),主持参与青海省重点研发与转化计划课题、青海省创新平台建设专项项目3项,出版学术专著1部,参编学术专著1部,发表论文30余篇,授权专利30余项,登记计算机软件著作权30余项。

内容简介

生物圈正以前所未有的速度在各个组织层次发生变革。污染物、生境破碎化、全球变暖、物种入侵及土地管理的变化正在诱发集合生态系统(metaecosystem)功能的重大变化,而这些变化可通过物理/化学环境的变化(温度、湿度、侵蚀等)、生境可用性的变化(生境丧失、生境破碎化和生境退化),以及生物多样性动态的变化(入侵物种、物种组成变化等)来实现。数千年来,生物体已进化出应对非生物和生物环境中时间与空间波动的有效策略,如局部适应、选择和表型可塑性。但是,这些策略都存在一定的局限性,特别是环境变化太快或变化太大,正如我们当前所处的世界。因此,在多数情况下,应对局部环境大规模改变的唯一机制便是离开,在更适宜的环境中定居,即扩散。 长期以来,扩散一直被认为是一个重要的生活史性状。扩散会随着生物和非生物环境中的任一变化做出响应,并深刻地改变了局部适应和种群遗传分化的潜力。扩散在集合种群(及集合群落和集合生态系统)动态、物种入侵、生境范围转移,以及保护生物学和种群管理等方面发挥重要作用。随着大多数生态系统正在经历的快速变化,人们对扩散的原因、后果、机制与过程重新燃起了兴趣。在过去的20年中,扩散和迁移的相关研究稳步增加,特别是在大约10年前,Dispersal、Dispersal Ecology这两本重要书籍的出版(Clobert et al., 2001; Bullock et al., 2002),其新颖的理论和实证进展证明了学者对这一课题的研究兴趣。尽管生物体这种特殊生活史性状的重要性已得到广泛认可,但就其在空间生态学中的总体重要性而言,目前还未得到充分的研究。这一事实产生主要有几个方面的原因:发生扩散所涉及的空间尺度往往难以覆盖;扩散是一种复杂的行为,它是遗传、形态、生理,有时还有行为因素与个体所在特定环境综合作用的结果(Benton et al., 2005; Clobert et al., 2009);扩散常与迁移相混淆(迁移通常是周期性运动),这种混淆被部分遗传学家进一步命名为扩散迁移。扩散大致是一个三阶段过程,包括离开当前生境、跨越(一定程度的非友好)基质,以及在新的生境定居。每个阶段的流程不同,并且每个阶段所需要的成本也不同(Bonte et al., 2011)。此外,离开的直接原因、跨越基质的路径和在新生境定居的标准具有强烈的相互作用,可能会创造出各式各样的潜在策略。由此可见,根据所考虑环境的变异类型...

图书目录

第一篇扩散过程的多元因果论

第1章扩散的多元因果关系 2

1.1扩散的定义、功能与机制 2

1.2扩散的多元因果关系 6

1.3个体维度的因果关系:遗传与发育 7

1.4环境维度的因果关系 10

1.5结论与展望 15

第2章多元影响下的扩散理论 17

2.1扩散及其后果:反馈循环 17

2.2解释扩散的直接因素和本质因素 19

2.3直接因素 20

2.4本质因素 21

2.5扩散内稳态 24

2.6结论 26

第3章出生扩散的多元决定论:以常见蜥蜴模型系统为例 28

3.1使用常见蜥蜴构建模型系统 29

3.2野外常规观察与试验 30

3.3影响出生扩散的直接因素 31

3.4直接因素的综合影响 37

3.5结论 40

第4章无脊椎动物的扩散:对个体决策的影响 42

4.1影响扩散的环境或环境相关因素 44

4.2生活史阶段和性别对扩散的影响 46

4.3个体大小或生理“条件”会影响扩散 47

4.4扩散决策受扩散表型的影响 48

4.5结论 49

第5章整合环境和阶段依赖效应的食果动物种子扩散:以肯尼亚

东南部的研究为例 51

5.1单心桂(

Xymalos monospora)在泰塔山的种子扩散

研究 52

5.2结论和未来方向 60

第二篇扩散遗传学

第6章扩散/迁移的数量、生理和分子遗传学 62

6.1背景:研究特征和分析方法 63

6.2扩散性状的遗传分析 68

6.3结论与展望 79

第7章遗传综合扩散策略的演变 82

7.1环境的时空变化与扩散演化 82

7.2为扩散的环境独立表达奠定基础 83

7.3表型依赖的扩散相关选择 83

7.4西蓝鸲不同扩散策略演化的生态背景 85

7.5不同扩散策略的基础:协调遗传变异和母体效应 88

7.6结论 93

第8章扩散遗传学:来自果蝇、蝴蝶等的新见解 94

8.1候选基因:以觅食基因为例 96

8.2自上而下的方法:数量性状基因座和微阵列 99

8.3代谢率、飞行性能和中枢代谢 102

8.4结论 105

第9章植物扩散遗传学 107

9.1用系统发育学解释扩散中的演化模式 107

9.2基因系统发育:基因复制与功能分化 108

9.3果实发育的分子遗传组分留存 109

9.4基因表达的改变是扩散变异的潜在原因 111

9.5确定潜在遗传机制的技术 114

9.6结论 115

第三篇扩散与生活史性状

第10章扩散综合体 118

10.1简介 118

10.2观察到的共变异模式 122

10.3共变异的原因 125

10.4共变异的后果 132

10.5结论 135

第11章条件依赖性扩散的演化 137

11.1模型概述 138

11.2模型1:演化稳定扩散策略 139

11.3模型2:扩散策略和后代大小数量的共同演化 143

11.4结论 147

第12章蜥蜴的扩散综合体:个性特征、信息使用和环境依赖性扩散

决策 149

12.1环境依赖性扩散综合体 151

12.2扩散综合体、生境偏好和信息利用 155

12.3结论 157

第13章蝴蝶和蜘蛛的扩散综合体 158

13.1种群间的扩散综合体 159

13.2种群内的扩散综合体 163

13.3环境依赖性扩散与综合体 165

第14章植物的扩散表型:基于种子视角的母本生境选择 167

14.1植物扩散综合体 167

14.2扩散——生境的选择 172

14.3母本决定的种子扩散 174

14.4母本决定扩散的演化后果 176

14.5生境选择的扩散后果 178

14.6结论 179

第四篇扩散的距离分布:扩散核函数

第15章扩散核函数 182

15.1基本概念和定义 182

15.2问题 193

15.3工具 198

15.4结论与未来方向 202

第16章扩散核函数的演变和起源——简要的理论评估 205

16.1扩散核函数的演化 206

16.2扩散核函数的起源(从第一原理出发) 209

16.3结论 215

第17章使用净平方位移量化扩散的个体差异 216

17.1理论考量 216

17.2建模方法:分层非线性模型 219

17.3模拟研究:评估数据要求和幂 222

17.4结论 225

第18章铂蛱蝶(Boloria eunomia)集合种群扩散核函数的

时间

变化 226

18.1材料与方法 227

18.2结果与分析 228

18.3讨论与结论 232

第19章扩散有多随机?种子运动描述中从随机性到过程 234

19.1植物扩散模型的过程和随机性 234

19.2释放高度和环境变异性对种子风媒扩散的影响 235

19.3用过程取代随机性的优点 239

19.4扩散模型中可以/应该包括多少过程? 242

第五篇扩散与种群空间动态

第20章扩散与种群空间动态的关系 244

20.1扩散改变了局部的种群密度,并产生了诸多后果 246

20.2扩散对非局部动态的影响 248

20.3扩散使空置斑块的再定殖成为可能 252

20.4扩散、空间基因流动和演化动态 254

20.5结论 256

第21章选择调控下的密度依赖扩散种群统计后果 258

21.1资源竞争最小化 259

21.2偏离理想资源利用:集合种群模型 264

21.3讨论 270

21.4结论 272

第22章景观对空间动态的影响:以黄条蟾蜍为例 274

22.1测量运动模式的景观效应:功能连通性 275

22.2模拟景观效应对运动模式的影响 277

22.3扩散对种群动态的影响 279

22.4讨论 280

第23章庆网蛱蝶的扩散和生态演化动态 284

23.1高度破碎化景观中的蝴蝶扩散 284

23.2庆网蛱蝶及其扩散的一般特征 285

23.3扩散率的变异 286

23.4环境、表型和基因对扩散的影响 290

23.5种群动态 292

23.6扩散的生态演化动态 296

第24章兔苣的种群动态与扩散性状的演化 298

24.1植物集合种群模型 299

24.2集合种群动态 301

24.3破碎化集合种群中种子扩散的减少 304

24.4破碎化集合种群中的演化场景 306

24.5植物集合种群中的扩散:来自简单自然系统的教训 307

第六篇扩散与气候变化

第25章变化气候下的扩散及其范围动态 312

25.1气候变化与动植物的空间分布 313

25.2应对气候变化的扩散力和复原力 317

25.3扩散的异质性 321

25.4破碎化生境和生物因素间的相互作用 325

25.5跨物种活动范围的扩散 327

25.6展望 329

第26章扩散与气候变化的理论进展 331

26.1将扩散并入物种分布模型 331

26.2气候变化期间的个体变异和扩散演化 334

26.3景观结构与气候变化之间的相互作用 336

26.4环境梯度 337

26.5通过管理景观和扩散协助迁入 339

26.6结论 341

第27章温度对两种鸟类扩散的影响 343

27.1冬季温度、迁入对河乌种群动态的影响 344

27.2春季温度、栖息地质量和家麻雀的出生扩散 346

27.3结论 348

第28章全球变化背景下的扩散:以松异舟蛾和其他昆虫为例 351

28.1变化环境中的温度和流动性 351

28.2松异舟蛾的案例 353

28.3飞行、迁出和环境温度 354

28.4过渡阶段:扩张障碍? 356

28.5定殖:营养可塑性的优势 357

28.6研究前景与挑战 358

第29章植物扩散和气候变化速度 359

29.1预测气候变化对植物的影响 359

29.2模拟植物扩散 361

29.3实际扩散数据:来源和分析 362

29.4选定物种的预期扩散率 369

29.5加强气候变化下的扩散 370

第七篇扩散与生境破碎化

第30章破碎化景观中的扩散演化生态学 376

30.1生境破碎化是一个非线性过程 376

30.2破碎化生境梯度下的扩散演化模型 377

30.3空间策略、扩散时机和生境破碎化 378

30.4破碎化景观中的扩散成本 379

30.5生境破碎化和扩散类型的选择 383

30.6结论与展望 385

第31章生境破碎化效应的模型构建 387

31.1景观 387

31.2填充景观 391

31.3实施扩散 393

31.4度量指标 394

31.5构建模型 395

31.6破碎化景观中的种群会发生哪些变化 396

31.7未来的研究方向 399

第32章破碎化景观的连通性:脊椎动物集合种群中的迭代扩散 401

32.1系统学习 402

32.2扩散种群之间的高连通性 403

32.3种群内个体的出生扩散 405

32.4短期试验和水田鼠的多变行为 406

32.5结论 408

第33章无脊椎动物的扩散和生境破碎化 410

33.1扩散倾向——穿越生境边界 411

33.2过渡阶段的飞行类型和运动 413

33.3生境检测——感知范围 413

33.4不同破碎化景观的扩散成本 414

33.5处理破碎化人为景观的机制 415

第34章基因流动使一种多年生森林草本植物在动态景观中持续

存在 417

34.1生境破碎化对残存斑块中植物种群的影响 417

34.2植物在斑块更新中面临的生存挑战 418

34.3集合种群模型的启示 419

34.4动态景观中的森林草本植物——牛唇报春 419

34.5新建成森林的种子扩散和定殖 420

34.6种群随机性和繁殖成功率 421

34.7幼林与老林的种群动态 423

34.8拓植种群的遗传多样性 425

34.9结论 427

结束篇

第35章人类扩张:研究工具、证据与机制 430

35.1扩张的指标 430

35.2古人类的扩张记录 435

35.3人类扩张的潜在影响因素 438

35.4结论 441

附录 442

案例Ⅰ:蜥蜴 442

案例Ⅱ:蜘蛛 445

案例Ⅲ:蝴蝶 449

案例Ⅳ:兔苣 450

参考文献 453

后记 568