北极陆地生态系统、气候及紫外线辐射的历史演变

在末次盛冰期,地球上很多大陆都被大量的冰层所覆盖,一些浅海域的海床露出水面将先前分离的大陆连接起来.尽管存在一些适宜于动植物生长而未被冰层覆盖的地区,但其年平均气温仍比更新世时期低10～13℃.在盏冰期的几千年时间内冰川开始消融,其显著特征是气候在大约18000～11400年以前出现了一系列的波动.气候在更新世度过一个温暖期后,开始了一个缓慢的全面变冷的过程,这导致了一系列为期几百年至几千年的气候波动,例如发生在大约13世纪晚期至19世纪早期的"小冰期".在最近150000年的气候变化过程中,北极的各种生态系统和生物组成在近10000年接近其最低分布范围.大冰期结束时的全球大范围急剧升温导致了许多物种的消失,这使北极地区的生物多样性大大降低.因此,北极生态系统以及大型脊椎动物等北极生物的生存正在受到威胁,尤其是目前以及将来的全球变暖都会进一步给它们带来重大灾难.已有的证据表明,就像更新世早期的情形那样,北极地区的树线很有可能会进一步向北发展,并迅速进入到苔原地区,从而减小苔原带,这就会进一步增加北极地区物种灭绝的可能性.一些物种将很有可能向北扩大它们的领地,并取代该地区原有的物种.在更新世早期,由于北极地区的海平面相对较低,当树线入侵到现在的海岸地区时,苔原带至少能够在北极圈的一部分低地区域生存,而从目前来看,未来的海平面极有可能上升,这将会对北极苔原带和其它无树生态系统的分布施加进一步的限制.很显然,全球现在的气候状况对北极生态系统带来的负面影响超出更新世的任何时期,很有可能是巨大的,尤其是当各种环境变化(例如紫外线B的增加,大气中氮化合物的沉积,重金属和酸污染,放射性污染物,生物栖息地破碎化)共同作用于北极生态系统时的影响也是前所未有之际.     

环境变化背景下北极生物的多样性、分布及其适应性

生物个体是对气候变化和紫外线B(UV－B)辐射变化产生反应的基础,而且这种反应会在各种时间尺度上发生.北极地区的动物、植物以及微生物种类的多样性从表面上看是低的,而且从北方针叶林到极地荒漠逐渐减少,但其原始物种却很丰富.与这种物种多样性随纬向梯度减少的趋势相反,一些空间分布范围很广的单一优势物种的优势度则呈增长趋势.全球气候变暖可能会减少该地区的物种多样性,并限制到这些物种的分布范围,尤其是在该地区生物分布的北部边缘,一些极地特有的动物和植物种类会面临着灭绝的危险.最有可能侵入苔原地带的物种是那些目前生存在极地外缘的北方地区生物.许多植物都具有自身的特征使它们能够在以下环境中生存短暂的无冰雪覆盖的生长季节,低的太阳高度角,永久冻结地带及低的土壤温度,贫乏的养分获取条件以及极少的物理扰动.以上这些特征有些可能会限制当地物种对气候变暖的反应,但其最主要的因素是这些物种与那些潜在的入侵物种相比缺乏竞争能力.北极地区陆生动物拥有许多适应特性,这使它们能够适应北极地区剧烈的温度变化.许多动物通过冬眠或迁移来逃避极地地区的恶劣天气和资源短缺.北极地区动物生存的生物环境则相对简单几乎没有天敌、竞争者、疾病、寄生生物,但同时食物资源也很短缺.极地陆生动物可能对由气候变化带来的温暖而干旱的夏季非常不适应,这种变化将会影响到动物的迁移路线、途中栖息地,并会改变冬季积雪的状况和冻融的循环过程.气候变化还会改变动物繁殖和发育的季节,并会引来新的竞争者、捕食者、寄生生物以及疾病等.极地微生物也能很好地适应该地区的气候一些微生物甚至在-39℃的低温下还能进行代谢活动.蓝藻细菌和藻类生物有着很广泛的适应策略,这能够使它们避免(至少可以减少)紫外线的伤害.微生物能够忍受许多环境条件,而且其生长周期很短,这些特点将使它们能很快适应新的生存环境.与此形成对比的是,极地植物和动物很可能通过改变其分布范围而不是积极的生物进化来适应环境的变暖.     

不确定性及建议

在北极气候影响评估(ACIA)中,一项气候及紫外线B辐射变化对北极陆地生态系统影响的评估着重强调了预期中的变暖的深远意义,尤其是变暖在未来生态系统功能、生物多样性,以及对气候的反馈方面的深远意义.然而,尽管在有些地理区域和有些学科,我们目前对气候和紫外线B辐射驱动下生态过程及生态变化的了解已算充分,但在其他区域及学科,这种了解是微弱的.即使随着北极地区研究成果的积累和新技术的引用,近来我们的预测能力已空前提高,我们目前的了解程度也还受到各种各样的不确定性的限制.这项评估是在每一种都含有不确定性的一系列方式方法,以及常常远非完整的数据集的基础上完成的.不确定性从各种方法和概念框架而来,从不可预测的意外事件、从对模型的缺乏验证、从未来温室气体排放及气候变化的一些特别情景的应用而不是预测而来.此项评估中,以减少不确定性为目的的建议比比皆是,而且涉及所有学科.然而,一再出现的主题是在北极这样人烟稀少的偏远地区,环境变化及其影响的实验、观察及监测活动达到足够的空间广度和时间长度是极其重要的.     

在物种水平上生物对气候和紫外线B辐射预期变化的响应

控制实验表明,不同物种对每个环境因子变化变量产生的响应也存在着差异.植物往往对营养元素的变化反应最为强烈,尤其是氮素的增加.夏季增温实验表明,木本植物对温度的升高表现出了积极的响应,而地衣、苔藓类植物的丰富度却因增温而降低.物种对增温的响应主要受水分有效性和雪覆盖程度控制.在气候保持湿润的情况下,伴随着夏季温度的升高,许多无脊椎动物种群的数量都有所增加.实验表明,CO2浓度和紫外线B(UV-B)辐射的增加对植物和动物影响较小,但是,一些微生物和真菌却对紫外线B辐射的增加非常敏感,甚至可能会因此产生一些诱导突变而引起流行传染病的爆发.苔原土壤的加温、CO2浓度的升高以及矿物质营养的改善一般都会增加微生物的活动.在温带气候中,藻类往往比蓝藻细菌更占优势.冬季结冰-解冻过程的增加会导致冻壳的形成,从而会大大降低许多陆生动物的冬季存活率,改变这些动物群体的动态过程.厚的积雪会使驯鹿等植食性动物很难采食到雪下的草类植物,同时也不利于其逃避食肉动物的追捕.而无雪期的提前到来则可能会加速植物的生长.物种对气候变化的响应最初可能出现在亚种这一水平上一个具有很高遗传/群系多样性的北极植物或动物物种,演化历史已经使其具有一种适应不同环境条件的能力,这将使它们能够很快适应未来的环境变化.本土知识(IK)、航空照片和卫星图像表明一些物种的分布已经发生了变化北极植被更加趋向灌木化,而且生长也更加旺盛；北极驯鹿的分布范围最近也发生了变化；一些原来在树线以南区域活动的害虫和鸟类也在北极被发现.与此相对应,大多数在北极地区进行繁殖鸟类的数量却都在下降.根据一些模型的预测,随着气候的变暖,苔原带鸟类的数量将会大幅度地下降.据物种-气候响应模型预测,由于受到气候变暖的影响,北极地区现有物种在未来的潜在分布范围都将大大缩小和向北退缩,而一些无脊椎动物和微生物则很可能会迅速向北扩展到北极地区.     

借助吉布斯抽样器有效地进行野外抽样预测驯鹿(Rangifer tarandus)的空间分布

我们介绍一种估计驯鹿(Rangifer tarandus)的空间分布的方法.描述野生动物物种分布的数据,其内在的空间自相关性包含可以用来提高野外调查效率的信息.我们的数据包括驯鹿粪便小球数、卫星图像和一个数字化地形模型.基于这些综合数据,我们采用普通逻辑回归、自动逻辑回归和吉布斯抽样器预测驯鹿的空间分布.通过训练数据集,对每种方法所采取的不同抽样设计结果进行比较.结果表明,在预测精度(质量)降低15%的情况下,样方数量可减少75%.我们的结果表明,就精度而言,吉布斯抽样器要优于逻辑回归,但结果取决于区域光谱的均质性,以及高度曲线相对位置的取样设计.当对驯鹿的分布进行更精细的建模时(＜1km),我们的结果证明结合空间信息进行预测是必要的.     

The European collaborative study on mosaicism in chorionic villus sampling: Data from 1986 to 1987

Data on a total of 11 855 diagnostic chorionic villus samples obtained in the years 1986 and 1987 were compiled from a questionnaire filled in by 36 European cytogenetic centres. Mosaicism was reported in 141 cases. The cytogenetic findings were followed by induced abortion in 24 cases. Spontaneous abortion was observed in nine mosaic pregnancies, a rate not significantly different from that observed for CVS in total. Mosaicism was found in 1.2 per cent of analyses by direct analysis/short-term culture, in contrast to the 0.6 per cent found after long-term culture. Evidence for fetal non-mosaicism was found in 99 of the 141 cases. The finding of mosaicism in first-trimester CVS should always elicit further analyses, preferably after amniocentesis, to substantiate the suspected fetal chromosome aberration.     

Die Kristallstruktur des monoklinen α-Bi2O3

The Science of Nature -     

Dodo remains from an in situ context from Mare aux Songes, Mauritius

Since 2005, excavations at Mare aux Songes, Mauritius, have revealed the presence of a very rich, ∼4,200-year-old fossil bone bed including dodo (Raphus cucullatus) bones and bone fragments. The recently excavated dodo assemblage comprises at least 17 individuals and is characterised by the presence of small and fragile skeletal elements, a dominance of leg elements and an absence of juveniles. The hydrology of the area suggests that dodos, like many other species, were probably lured to Mare aux Songes by the presence of freshwater during times of drought. The most likely scenario for the origin of the fossil deposit is that animals became trapped in the sediment in repeated miring events, which would favour the conservation of hindlimbs. Such a scenario is fully in accordance with the taphonomic characteristics of the bone assemblage.     

Bird pollination of Canary Island endemic plants

The Canary Islands are home to a guild of endemic, threatened bird-pollinated plants. Previous work has suggested that these plants evolved floral traits as adaptations to pollination by flower specialist sunbirds, but subsequently, they appear to have co-opted generalist passerine birds as sub-optimal pollinators. To test this idea, we carried out a quantitative study of the pollination biology of three of the bird-pollinated plants, Canarina canariensis (Campanulaceae), Isoplexis canariensis (Veronicaceae) and Lotus berthelotii (Fabaceae), on the island of Tenerife. Using colour vision models, we predicted the detectability of flowers to bird and bee pollinators. We measured pollinator visitation rates, nectar standing crops as well as seed-set and pollen removal and deposition. These data showed that the plants are effectively pollinated by non-flower specialist passerine birds that only occasionally visit flowers. The large nectar standing crops and extended flower longevities (>10 days) of Canarina and Isoplexis suggests that they have evolved a bird pollination system that effectively exploits these low frequency non-specialist pollen vectors and is in no way sub-optimal. Seed set in two of the three species was high and was significantly reduced or zero in flowers where pollinator access was restricted. In L. berthelotii, however, no fruit set was observed, probably because the plants were self-incompatible horticultural clones of a single genet. We also show that, while all three species are easily detectable for birds, the orange Canarina and the red Lotus (but less so the yellow-orange Isoplexis) should be difficult to detect for insect pollinators without specialised red receptors, such as bumblebees. Contrary to expectations if we accept that the flowers are primarily adapted to sunbird pollination, the chiffchaff (Phylloscopus canariensis) was an effective pollinator of these species.