利用分类独特性工具对海洋爬行动物和哺乳动物进行的全球评估：对其保护工作的启示

《Ecology and Evolution》：Global Assessment of Marine Reptiles and Mammals Using a Taxonomic Distinctness Tool: Implications for Their Conservation

　　海洋爬行动物和哺乳动物的分布模式及其与进化历史的关系。通过taxonomic distinctness（Δ+）和物种丰富度分析，发现海洋哺乳动物在北极和北太平洋呈现进化辐射（Δ+显著高于随机期望），而海洋爬行动物在热带太平洋和印度洋出现系统发育聚类（Δ+显著低于随机期望）。研究提出关键保护区应整合taxonomic distinctness和物种丰富度，建议重点保护北极-北太平洋（哺乳动物）和印度洋-太平洋（爬行动物）。

　　海洋生物多样性在全球范围内的空间分布对于理解进化过程以及制定有效的保护策略具有重要意义。本研究聚焦于海洋爬行动物和哺乳动物——这两个具有截然不同进化历史的类群，通过分析它们的分布模式，揭示了演化动态如何塑造当前的物种分布格局。研究采用了一种称为“分类差异度”（Taxonomic Distinctness, Δ+）的指标，结合物种丰富度，对全球15个海洋区域的分布特征进行了评估，判断这些模式是否偏离了随机组合的预期。研究结果表明，海洋哺乳动物呈现出显著的非随机分布特征，其在北极和北太平洋地区的分类差异度高于预期，这暗示了这些区域经历了进化辐射和谱系多样化的过程。相反，海洋爬行动物的分布则更接近随机预期，尤其是在热带太平洋和印度洋，这些区域主要由关系密切的海蛇占据，显示出谱系聚类现象和历史谱系丧失的迹象。这些发现支持了我们的初步假设，即物种分布的模式受到多样化动态的影响。具体而言，快速多样化群体往往导致谱系聚类（即在局部形成关系密切的物种集合），而谱系多样化停滞的群体则表现出更分散或聚类的分布特征。此外，研究还指出了关键的保护热点区域，包括对海洋爬行动物而言的印度洋-太平洋地区，以及对海洋哺乳动物而言的北极和北太平洋地区。这些结果强调了在制定海洋保护区（Marine Protected Areas, MPAs）时，需要将分类差异度和物种丰富度结合起来，以更有效地保护海洋生物多样性。

海洋爬行动物和哺乳动物的分布模式差异，部分源于它们的进化轨迹不同。海洋爬行动物作为谱系多样化停滞的典型代表，自中生代以来经历了多次大规模灭绝事件，导致其多样性长期受限。目前已知的海洋爬行动物有91种，包括9种海龟、2种鳄鱼、79种海蛇以及1种鬣蜥。相比之下，海洋哺乳动物则经历了自5000万年前从陆地迁移到水生环境后的快速多样化过程。如今，海洋哺乳动物共有128种，分属18个科，其中两个物种因人类活动而灭绝，分别是海貂（Neovison macrodon）和斯蒂勒海牛（Hydrodamalis gigas）。这些类群的分布模式也受到多种生物地理事件的影响，例如地质时期的海陆分隔、洋流变化以及气候变化等。

本研究通过分析全球海洋区域的物种分布，发现不同类群的分布模式存在显著差异。对于海洋哺乳动物而言，其在北极和北太平洋地区的分类差异度明显高于预期，而热带印度洋、墨西哥湾和红海则显示出较低的分类差异度。这一现象表明，北极和北太平洋可能是海洋哺乳动物多样化的重要区域，而热带印度洋和红海等地区则由于物种之间的亲缘关系较近，导致分类差异度较低。这种分布模式的差异可能与海洋哺乳动物的进化历史有关，例如在新近纪（Miocene）期间，这些地区的物种经历了显著的多样化事件。此外，研究还发现，某些海洋哺乳动物亚群，如鲸目动物（cetaceans）和鳍足类（pinnipeds），在北太平洋地区表现出更高的分类差异度，这进一步支持了该区域在保护海洋哺乳动物多样性中的重要性。

相比之下，海洋爬行动物的分类差异度总体上与随机预期没有显著差异，但在热带太平洋和热带印度洋地区出现了明显的低差异度现象。这可能是由于这些区域主要由海蛇占据，而海蛇属于谱系聚类的典型代表。尽管海蛇的数量在这些区域中很高，但它们之间的亲缘关系较为紧密，因此分类差异度较低。这一现象表明，海洋爬行动物的分布可能受到历史谱系损失和演化瓶颈的影响，而非近期的多样化过程。此外，研究还发现，海龟的分布模式呈现出一定的规律性，这可能与其较长的进化历史有关，使得它们在不同海洋区域之间形成了稳定的谱系分布格局。然而，海蛇的分布则表现出更多的随机性，这或许与其在特定区域内的快速本地多样化有关。

物种丰富度和分类差异度之间的关系也值得深入探讨。研究发现，尽管海洋哺乳动物在南太平洋和北太平洋地区的物种数量最多，但这些区域的分类差异度并不一定是最高的。这表明，物种丰富度和分类差异度之间并不存在直接的正相关关系，因此不能将两者简单地视为替代指标。对于海洋爬行动物而言，热带太平洋和热带印度洋地区的物种丰富度较高，但分类差异度较低，这可能与海蛇的高比例分布有关。海蛇占据了海洋爬行动物中绝大多数（79种），其中大多数属于毒蛇科（Elapidae），这种高比例的亲缘关系导致了分类差异度的下降。因此，海洋爬行动物的分布模式更多地受到其内部谱系结构的影响，而非外部环境因素。

研究还指出，当前的海洋保护区（MPAs）在保护物种多样性方面存在一定的局限性。传统上，MPAs的设立主要基于物种丰富度和栖息地的重要性，而忽视了分类差异度这一关键指标。然而，分类差异度能够更准确地反映一个区域内的谱系多样性，从而为保护特定谱系提供更科学的依据。例如，北极和北太平洋地区的分类差异度较高，表明这些区域对海洋哺乳动物的保护具有特殊意义，而热带印度洋和红海的低分类差异度则提示需要更多关注这些地区的海蛇保护。此外，研究还强调了海洋保护区的扩展必要性，目前全球仅有约8%的海洋区域被纳入保护范围，且其中只有3%属于高度保护区域。随着气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响日益加剧，未来需要进一步扩大保护区的覆盖范围，并考虑将分类差异度作为评估保护优先级的重要依据。

在实际应用层面，本研究的结果对制定有效的海洋保护策略具有重要的指导意义。首先，它揭示了不同类群的分布模式与演化历史之间的关系，为理解海洋生物多样性的形成机制提供了新的视角。其次，研究结果强调了分类差异度在评估区域保护价值中的作用，特别是在识别谱系多样性热点方面。这有助于优化海洋保护区的布局，使其不仅保护物种数量，还保护物种之间的遗传多样性。此外，研究还指出了一些关键的生物地理因素，如巴拿马地峡的形成、地中海的盐度危机以及洋流变化等，这些因素可能在一定程度上影响了海洋物种的分布格局。例如，巴拿马地峡的形成阻止了海蛇向大西洋的扩散，导致其分布局限于印度洋和太平洋，而地中海的盐度危机则可能对当地物种的演化和分布产生了深远影响。

气候变化和人类活动对海洋生物的分布和生存构成重大威胁，尤其是在高纬度和极端环境区域。北极地区的海洋哺乳动物由于对海冰高度依赖，其栖息地正因全球变暖而迅速减少。因此，保护北极地区的海洋生物多样性不仅是维护生态平衡的需要，也是应对气候变化影响的重要手段。与此同时，海洋爬行动物的分布也受到气候变化的影响，尤其是海蛇的分布可能因温度升高而发生变化。例如，热带地区的海蛇可能因气候变暖而向更温暖的海域迁移，这将对现有的分布格局产生深远影响。因此，未来的海洋保护计划需要考虑到气候变化对物种分布的潜在影响，并相应调整保护策略。

本研究的局限性在于未考虑区域内的具体环境因素，例如温度、洋流、营养状况等，这些因素可能对物种的分布和生存产生重要影响。因此，未来的研究可以进一步探索分类差异度与环境条件之间的关系，以更全面地理解海洋生物多样性的形成机制。此外，研究的区域划分较为宏观，未来的工作可以聚焦于更小的地理单元，以更精确地识别关键的保护区域。例如，可以通过评估每个区域内的物种个体数量、特定的繁殖或觅食区域等，来进一步细化保护策略。

总体而言，本研究通过分析海洋爬行动物和哺乳动物的分类差异度和物种丰富度，揭示了它们在全球范围内的分布模式及其背后的历史和演化因素。研究结果不仅有助于理解海洋生物多样性的形成过程，也为未来的海洋保护工作提供了重要的科学依据。通过将分类差异度纳入保护规划，可以更有效地保护海洋物种的谱系多样性，而不仅仅是物种数量。此外，研究还强调了气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响，提示我们需要采取更加积极的措施来应对这些挑战。随着全球对海洋保护的关注不断加深，将分类差异度作为评估保护优先级的重要指标，将有助于实现更高效的海洋生物多样性保护目标。