利用全基因组数据解析过去一百万年间地球气候变化对现生鸟类生存适应策略的影响

Aves, as the only existing seed of dinosaurs, have experienced the explosive evolution of species around Cretaceous-Tertiary extinction. More than 10,500 birds are known to inhabit a variety of habitats around the world, making them having the highest differentiation degrees and the most abundant species among tetrapod. For the mechanisms prompting the global distribution pattern of the modern birds and its biological diversity, some studies have suggested that when the earth's climate changing frequently millions of years ago, the unfriendly weather would result in the constraint of population diversity. When the temperature warmed up, some population would recover and eventually form the global distribution pattern we see today. Thus, why are some species more resilient and able to survive in such a fluctuating climate than others? The answer to this question also helps us to understand how biological responses to climate drive speciation or extinction. This project is based on 363 representative bird species living in various habitats from all over the world, we will use the whole genome sequencing data to reconstruct their demographic history, and conclude the typically response models of species to climate changes by combining with the earth's climate data in the past one million years. Furthermore, based on the life history and other ecological characteristics of 363 species, we will analyze the internal strategic mechanism and driving factors of species' response to environmental adaptability from the perspective of the whole Aves class.

鸟类，作为恐龙现存的唯一后裔，曾在白垩纪-第三纪大灭绝事件前后发生物种大爆发。目前已知有10,500多个鸟类分布于全球的各种生境，是四足类动物中分化程度最高，物种最为丰富的一类脊椎动物。对于鸟类所展示出的全球分布格局的形成机制，有研究认为，百万前地球气候变动频繁，恶劣气候会使得群体大小骤降，当气温回暖，群体又会得以恢复，最终形成我们今日看到的全球分布格局。那么，为什么有些物种在这种频繁变动的气候之下比其他物种有更强的适应性和生存能力呢？对于这个问题的回答也有助于我们理解生物对气候的反应是如何驱动物种形成或灭绝。本项目包含了分布于全球不同生态环境的363只代表性鸟类物种，利用其全基因组数据重构出有效群体大小的历史演变动态，结合过去一百万年间地球的气候数据，归纳出物种对气候变化的不同反应模式。进一步结合每个物种的生活史等生态学特征，从鸟纲整体层面解析物种对环境适应性应答的内在策略机制及驱动因子

阻止全球生物多样性的减少是当前社会面临的最紧迫挑战之一。然而，哪些物种受环境压力（如气候变化）影响最大，对环境变化最为敏感，这些情况我们知之甚少。以往的研究往往是关注，近几年或几十年内的物种群体规模的变化，并且常常局限在单一的地理区域内。虽然，较短的时间范围内对气候反馈的研究具有参考价值，但，在长时间尺度上，尤其是在人类对地球环境造成广泛影响之前，我们仍然缺乏对生物多样性反馈的研究。在本项目中，我们利用全基因组测序数据，重建了263种鸟类过去一百万年的历史种群动态。在还原物种在第四纪经历了一次或多次种群波动等特征基础上，我们发现，物种之间存在对气候变化的趋同响应现象，但此现象是不能被遗传因素或地理分布因素完全解释的。进一步分析表明，在气候变暖和变冷的影响下，相互作用的形态学和生活史特征网络与物种形成相似波动模式有关。研究表明，代表了物种扩散能力、繁殖能力和成体生存能力的关键特征，对长期有效群体大小对气候变化的应答具有直接和间接作用。例如，迁徙或者扩散能力较弱的物种，在过去的一百万年里就大幅减少。在气候整体处于变暖趋势的过去一百万间，人类活动干扰较少的时期，尽管物种种群存在波动，但整体上，鸟类物种功能多样性是相对稳定的。在大约十五到十二万年前气候强烈变暖的时期，种群大幅增加或急速减少的物种具有非常相似的性状组合。这表明，在环境强烈变化的时期，这种性状冗余组合的特点可能有助于维持生态系统的稳定性。本项目推动了在历史时间维度对多样性动态变化的理解，尤其是在人类开始对生物圈施加大规模影响之前。通过从鸟类全基因组数据中估算出它们历史的种群规模，结合物种性状数据，研究揭示了哪些类型的物种群体对环境变化最为敏感，也将为我们下一步开展预测物种对环境变化响应的工作奠定基础。

内容获取失败，请点击重试