Nature 重磅！全球岛屿植物多样性的保护优先级

Nature 重磅！全球岛屿植物多样性的保护优先级

岛屿是全球生物多样性的重要组成部分，尤其是对于植物多样性而言。最新研究揭示了全球岛屿植物多样性的分布情况及其对全球保护工作的意义，为未来制定保护策略提供了重要参考。

地球上有多少植物多样性分布在岛屿上？这对保护工作会产生怎样的影响？研究表明，岛屿包含了全球植物多样性和濒危物种的相当大的一部分。

图1：在巴布亚新几内亚雨林树冠中采集植物标本

岛屿为各种植物物种提供了栖息地，其中一些物种正面临灭绝的风险。在《自然》杂志上，Schrader等人展示了一份世界各地岛屿上植物物种的目录。这些数据揭示了植物的进化过程，并对全球保护工作具有重要意义。

海洋岛屿长期以来在我们对生物世界的理解中发挥了重要作用。加拉帕戈斯群岛的雀类和龟类的多样性启发了查尔斯·达尔文提出自然选择进化论。不同面积和距离大陆的岛屿上的鸟类物种数量的全球模式促使罗伯特和威尔逊提出了岛屿生物地理学理论。该理论解释了岛屿大小和与源地区的距离如何影响当地物种灭绝和扩散率的变化，为生态学、进化生物学和保护生物学的许多进展奠定了基础。

关于岛屿物种数量和功能多样性驱动因素的研究深入揭示了扩散、竞争、适应性辐射（源自共同祖先的物种间的生态分化）、繁殖策略、物种形成（从祖先物种中出现新物种）和局部灭绝的作用。这些研究还揭示了岛屿生物由于隔离、缺乏许多竞争者、捕食者和其他天敌、岛屿栖息地的有限面积以及独特的分布，尤其容易受到栖息地破坏和外来物种引入的威胁。Schrader等人揭示了全球岛屿植物多样性的分布情况及其对全球保护工作的意义。

作者提供了一份全球各岛屿和群岛本土维管植物（如被子植物、裸子植物和蕨类植物）的首次全面清单。作者还绘制了地理分布图，汇编了每种植物在生命进化树中的位置数据，并根据国际自然保护联盟濒危物种红色名录评估了灭绝风险。值得注意的是，尽管岛屿仅占全球陆地面积的约5％，但31％的维管植物物种是岛屿本土植物；21％的维管植物是岛屿特有种，即仅在岛屿上自然存在。在63,280种岛屿特有植物中，70％是单一岛屿特有种。

图2：全球1,651个岛屿和141个群岛本土维管植物多样性的地理分布

大多数岛屿特有种分布在热带的大型岛屿上。这些岛屿之所以多样化，是因为它们在地质构造板块运动过程中从古代冈瓦纳超级大陆上分离后，保留了一些物种谱系（如马达加斯加、新西兰和新喀里多尼亚），或者是海洋桥岛屿，在冰川降低海平面时曾与今天的大陆相连（如新几内亚、婆罗洲，可能还有古巴）。它们还因地形、土壤和栖息地的多样性以及热带位置而保持丰富的物种多样性，并未被冰盖侵蚀。

这些热带岛屿中也有大量的特有种。较大的岛屿上的种群大小较大，更有可能存活下来并在足够长的时间内与原始物种发生分化，甚至演变出新物种。较大岛屿上的物种形成也比小岛屿更容易发生，因为它们拥有更广泛的栖息地和扩散障碍，如山脉或沙漠。

岛屿的隔离性也会通过减少来自祖先种群的基因流动和新移民的竞争来增加特有种的比例，这两者都会阻碍现存物种的生存及其后续的物种形成。Schrader等人发现，全球范围内，个别岛屿植物物种特有性比例的74％可以通过岛屿（或群岛）面积和隔离性来解释，其中55％可以单独通过岛屿面积解释。过去几千年间曾被冰川覆盖的高纬度岛屿（如加拿大的埃尔斯米尔岛）在物种数量和特有性方面尤其贫乏。低纬度的环礁岛屿也是如此：这些低地岛屿缺乏多样的栖息地，当海平面上升时容易被淹没，植物种类较少，特有种比例较低。

图3：不同科植物在岛屿上的特有种比例

Schrader报告称，高特有种比例的孤立群岛（如夏威夷、加那利群岛和马斯克林群岛）仅占所有岛屿植物特有种的21%。这是因为这些群岛的总物种数量比陆桥岛屿和群岛（如大巽他群岛）少，这些陆桥岛屿在冰川时期海平面较低时曾与大陆相连，或者是大陆漂移形成的岛屿，如马达加斯加。然而，孤立群岛可以支持一些高度多样化且生态分化显著的辐射类群，例如夏威夷的樱莲属植物，这是单一海洋岛屿或群岛中最大的植物类群。许多这样的辐射类群中的成员，包括夏威夷的樱莲属植物Cyanea shipmanii，起初分布极为有限；由于栖息地破坏和外来动植物的引入，它们现在已成为濒危物种。

Cyanea shipmanii。这种稀有植物仅在夏威夷岛的一个小区域内发现，是仅在夏威夷群岛上自然生长的最大植物属之一

物种的个体特有性，或者按属分类的物种，在群岛尺度上通常比单个岛屿更为明显。这可能是因为群岛内各岛之间的距离较短，并且它们共享相似的环境条件。

长期以来，人们已经知道，一些植物在远距离传播方面表现出色，与全球其他植物相比，它们在岛屿上比例较高。尽管兰科植物的种子像灰尘一样微小，但它们在真正的海洋岛屿（存在时间较短的活火山或死火山）上的数量却明显不足，可能是因为它们高度专一化的授粉者或真菌伙伴未能共同传播。实际上，陆桥岛屿和大陆漂移形成的岛屿，它们能保证共同传播，往往支持了大量来自如石豆兰属和石斛属的兰花物种。

高种子传播能力的物种谱系在拓殖者中应该占较大比例，但较低的传播能力应该导致某一物种群体之间更大的遗传分化，并最终导致物种形成。具有肉质果实的植物可能在这方面具有双重优势：它们可以高效传播到水域之外实现拓殖，同时在到达后转移到森林下层后，其传播能力降低而物种形成率较高，因为食用果实的森林内部鸟类通常是典型的定栖性生物。在夏威夷的植物群中，许多最大的属确实是森林下层的肉质果实植物，太平洋盆地的几个最大植物属，如九节属或蜜茱萸属，也具有相同的特征。

图4：岛屿和群岛上的特有种数量及其比例与岛屿和群岛面积和隔离程度的关系

由于单一岛屿特有种的分布范围较小，因此它们对气候变化、栖息地破坏和外来物种引入的脆弱性较高，面临较大的灭绝风险。目前，已有176种岛屿特有种被认为已经灭绝，占全球已灭绝植物物种的55％，这突显了针对岛屿特有种进行保护的必要性。

许多大型岛屿和群岛拥有地球上独有的大量物种，但其中很少一部分地区被划为生物保护区，因此应当成为未来保护工作的重点。总体而言，94％的岛屿特有种分布在保护面积不足30％的地区。对于某些地区，如夏威夷或加那利群岛的干旱森林，栖息地破坏和外来物种的普遍存在使得保护工作变得极具挑战性。特别是利用C4光合作用途径的外来草类问题尤为突出，因为它们容易传播火灾，并以灾难性的方式改变栖息地。

Schrader等人建议，应让作为岛屿生物多样性长期守护者的原住民参与到保护设计和管理中，以保护植物多样性和人类文化实践。以社区为基础的此类方法的良好开端包括努力恢复毛伊岛上的干旱森林，以及在新几内亚进行的雨林多样性调查和研究。

图5：全球岛屿本土物种的保护风险和保护区覆盖情况

Schrader及其同事提供的数据为未来的研究开辟了许多途径。一个令人兴奋的可能性是，以岛屿鸟类的几百种分子系统进化树为基础，采用一种创新方法来分析这些数据，以评估岛屿面积和隔离对全球鸟类传播、物种形成、灭绝、特有性和物种丰富度的影响。这可能为验证应用于全球岛屿植物的麦克阿瑟和威尔逊岛屿生物地理学理论提供框架。该理论在许多情境中被用来设计分裂景观中的保护工作，进一步的洞察可能有助于保护存在于岛屿上的全球植物多样性。

Schrader及其同事的数据还可以用于评估各种植物特征对岛屿多样化的重要性，并评估岛屿年龄、地理邻近性和环境相似性在塑造世界海洋岛屿和群岛本土植物群中的相对影响。

参考文献：Schrader, J., Weigelt, P., Cai, L. et al. Islands are key for protecting the world’s plant endemism. Nature (2024). https:///10.1038/s41586-024-08036-1

岛屿不仅在生物学和保护领域中具有重要价值，它们的植物群还为原住民和当地社区及旅游业提供了基本的生态系统服务。这里提供的数据可以帮助未来的研究揭示岛屿特有性的生态、地理和进化机制背后的原理。结合地理环境数据、物种形成类型和功能性状数据，将有助于揭示岛屿特有性的起源和驱动因素。通过全球植物和性状清单（GIFT）数据库，研究人员提供了一个框架，用于持续增强和验证全球岛屿植物多样性的存在状态。这具有极其重要的意义，因为研究结果强调了岛屿对全球生物多样性的巨大贡献以及岛屿特有种在濒危物种中所占的较大比例。鉴于岛屿上已有大量物种灭绝，这呼吁采取更有力的保护行动，特别是在支持高特有性但保护区覆盖率低的岛屿上。行动应包括增加保护区覆盖面积，特别是在支持特有物种的岛屿上，将当地人群整合到保护管理和决策中，对岛屿植物群及其受到的威胁进行严格的监测，并实施有针对性且得到国际支持的监测和保护计划，包括迁地保护、建立种子库、开展栖息地恢复和在目前保护较差的岛屿上去除入侵物种。