为生态学研究元素周期表的科学家们

由:Jesslyn盾牌

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在哥斯达黎加的热带雨林中,一只成年雄性绿蜥蜥在树上游荡。一个生态学家团队一直在努力总结和简化生态位的概念,以最终预测不同的生态系统将如何因气候变化而进化。大众图片/ UIG /盖蒂图片社

1867年,俄国化学家德米特里·门捷列夫正在写一本化学教科书,但进展并不顺利。当时只有56人元素但门捷列夫正艰难地思考如何将它们组织起来,以显示它们之间的关系。但后来,就像传说中那样,他做到了一个梦想这不仅让他知道如何根据原子量和化学反应来组织已知元素,还让他能够预测其他尚未发现的元素。

门捷列夫在短短一夜的睡眠中就完成了几乎所有学科的科学家梦寐以求的事情:用一种直接、有预见性的方式来组织和描述复杂的信息。例如,对生态学家来说,这可能是一个模型,可以提取生物体在生态社区它生活在其中。我的天,生态学家们要是有这个肯定会很兴奋的。我是说,他们停止争吵之后,会欣喜若狂的。

自20世纪70年代初,进化生态学家罗伯特·麦克阿瑟,有个主意类似于化学元素周期表的生物排序法,在周期表中,元素是根据特定的化学性质、电子结构和原子序数(质子数)组合而成的。

2015年,一群生态学家发表了一篇论文一篇论文在《生态学通讯》杂志上,以尝试什么一直是讨论但从未尝试:创建一个元素周期表的生态位,类似于化学元素周期表,这将基本上代表了不同物种扮演复杂的角色在一个社区。这可能包括它们如何繁殖,它们为食物和住所做了什么,它们如何保护自己,它们如何与活着的和非活着的邻居互动,等等。

“基本上,制作生态位周期表的方法是一种根据已知对生态性能有影响的一系列功能特征来组织物种的方法,”合著者Kirk Winemiller博士说野生动物和渔业科学系在德州农工大学“这是一种方法,让我们可以将一个抽象的概念用于实证研究。”

而不是看一个物种所有可能的要求可能会使其生活状况——可接受范围的营养氮和磷、温度、水分、土壤类型(和一个物种可能数以百计的需求),作者选择了几个重要属性来捕获一个利基的想法:饮食,栖息地,生活史,新陈代谢和防御机制。

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蜥蜴模型

研究小组发表了一篇研究2017年11月发表在《美国博物学家》上,作为将这一想法付诸实践的一种方式……世界上的蜥蜴。他们收集了134种蜥蜴的尽可能多的数据,这些蜥蜴来自今天生活在地球四大洲的38个蜥蜴科中的24个。然后,他们拿出利基的5个基本属性,分别列出7到15个变量,然后开始计算这些数字。

通过创建数据模型,他们发现了他们可能预期会发现的东西:蜥蜴和许多其他生物一样——它们进化是为了与栖息地互动,觅食,每天观察活跃和不活跃的时间,不管它们生活在哪里。例如,南美洲某一特定生态位的蜥蜴与澳大利亚、非洲或美洲的同类蜥蜴有着相似的特征,尽管从进化角度来看,它们并不是非常密切的亲属。

因为我们可以看到在完全不同的地方占据相似生态位的蜥蜴之间的相似性,以这种方式总结和简化生态位的概念可能最终有助于研究人员预测不同的生态系统将如何因气候变化而进化。

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简化结构

研究人员通过对蜥蜴的研究证实,或许可以将生态位的概念从数百个维度简化为5个维度。所以,虽然我们现在还没有一个生态周期表,但也许离它也不远了。

“历史上最伟大的生态学家之一,已故的罗伯特·h·麦克阿瑟,在半个多世纪以前就把生态位周期表作为一种思想的种子表达出来,”该研究的主要作者、加州大学综合生物学教授埃里克·Pianka博士说自然科学学院德克萨斯大学奥斯汀分校“完成这项分析需要我们五个人的专业知识——这是我们一生的目标。”

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