作者:袁一雪 来源:中国科学报 发布时间:2017-4-21
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中国维管植物“大普查”



 

■本报记者 袁一雪

大千世界,植物繁多,但我们生存的地球上到底有多少种植物,却鲜有人知。在2013年出版的《中国植物志》(英文版)记录了我国31362种维管植物。显然,这不应该是我国植物种类数量的“终极答案”。有许多物种还隐藏在我国的山山岭岭有待发现。那我国到底有多少植物物种?中山大学生命科学院(中山大学—阿尔伯塔大学生物多样性保护联合实验室)何芳良教授和学生最近就这个问题给出了一个答案。

经过3年的研究,何芳良与硕士研究生吕牧羊联合署名,在《全球生态和生物地理学》杂志发表论文称,他们首次估算出中国总共约有36500种维管植物(最多不超过39200种)。“中国还有约5000种维管植物有待发现。假如保持现在每年约100种的发现速度,至少还需要半个世纪才能将所有维管植物描述完毕。”何芳良在接受《中国科学报》记者采访时解释道。

物种发现累积曲线

126卷册、5000多万字的《中国植物志》全面记录了我国维管束植物的形态、产地、分布、生态环境、重要种类的经济用途等。这个巨著是我国几代植物学家共同努力的结晶(包括来自于全国80余家科研教学单位的312位作者和164位绘图人员80年的工作积累,还有那些曾经到过中国的外国传教士们的贡献)。

《中国植物志》的权威性给何芳良和吕牧羊提供了可靠的本底数据来估算中国维管植物种数量。“估算维管植物的数量,有点像给维管植物进行‘人口’普查。但要更复杂得多,因为还要对植物‘人口’进行分门别类。”何芳良解释说。

数遍每棵植物显然是不可能的,何芳良与吕牧羊想到的是利用数学模型进行推算。最初,他们选择使用“种数—面积曲线”的算法,但因为我国地大物博、气候多样,这一算法因为气候和地形等的影响,容易出现较大误差。他们最终采用了“物种发现累积曲线”的方法。

“物种累积曲线”也是生态学中常用于估计物种数量的一个方法,其原理是,科学家们采集的标本越多或者采样时间越长,发现新物种的速率就会越来越慢,如果标本数量无限扩大,那么,物种累积曲线就会渐近于物种总数。“这样我们就可以通过累积曲线的渐近线估计总数。”现在是耶鲁大学博士生的吕牧羊表示。

但是,现有的物种累积曲线模型有一个致命的缺陷,它受历史事件影响很大。遇到我国这种历史悠久、且社会不稳定因素穿插其中的情况,现有的累积曲线模型无法给出可靠的结果。“历史上战乱期间对于物种发现进程会有很大影响。”吕牧羊说。比如在鸦片战争、两次世界大战和“文化大革命”期间,社会发展受阻,植物标本采集会中断或不正常,物种累积曲线会呈现“假平台期”。

为了更好捕捉物种发现的历史动态,何芳良和吕牧羊花了很长的时间寻找能够准确描述历史动态的物种累积曲线模型。最终,他们从渔业里估计鱼群数量的方法得到了启发,推导出一个令人满意的模型。他们从《中国植物志》中获取了从1755年到2000年间每种植物的发现命名时间,通过他们的模型计算出中国大约有36500种维管植物。而且他们发现仅用从1755到1930年间的数据就能估算出这个数字,利用更多的数据并不改变这个结果。

“科学家不能怕犯错误”

在何芳良和吕牧羊的研究过程中,还发生了一个小插曲。去年10月份,何芳良在杭州中美生物多样性会议上,报告了这个工作的初步结果。会后有一位同行专家建议何芳良不要发表这篇论文,理由是何芳良并非分类领域专业人士,发表后会“摔跟头”。对这种看法,何芳良并不苟同:“科学家不能怕犯错误。如果有人证明我们错了,提出更好的方法,得出更可靠的结果,这不正是科学的进步吗?我愿意做这样的垫脚石。”

在对这位同行的建议表示感谢后,为慎重起见,何芳良和吕牧羊另外收集了全世界单子叶植物、欧洲蝴蝶和欧洲蜘蛛的物种数据,用来进一步验证他们的模型,得到了比前人更可靠的预测。同时,他们再次咨询了植物分类学家,又花费了三个月时间重新补充了2013版《中国植物志》中的数据,直到确定数据和模型都准确无误后,才松了口气。

“中国的科学家可能还不太习惯科学争论,容易把正常的学术争论个人化,尤其是不敢质疑‘大腕’的研究,怕冒犯人。这也许是庸人自扰,说不定大家都喜欢争论,只是没有人开这个头罢了。科学是在争论中进步的。”何芳良如是说。

36500这个数字不是终点

“生物物种数量普查与人口普查有类似的目的,都是希望准确了解我们的家底,以便进一步了解未来的数量变化。”何芳良告诉记者。

长期以来,何芳良一直从事物种共存理论、生物多样性维持机制、保护生物学和空间统计的研究。每一项研究都需要了解一个地区到底有多少物种,“这是最基本的问题”。何芳良强调,“就像我国的人口普查,需要了解到底有多少人,才能进一步计算出生率、死亡率,以便制定下一步的国家政策”。这一点在生物多样性研究中同理,如果要回答未来50年会有多少物种灭绝,前提是需要了解这个地区本来拥有多少物种。

在何芳良眼中,36500这个数字并不是研究的终点,“接下来要做的就是寻找那些尚未被发现的物种最可能分布在什么地方,以及有什么特性”。而这些工作将在现有的研究基础上展开。

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耗时45年编纂完成《中国植物志》

《中国植物志》是2004年科学出版社出版的图书,是目前世界上最大型、种类最丰富的一部巨著之一。全书共80卷126册,5000多万字,耗时45年编纂完成,并于2009年获得国家自然科学奖一等奖。

在《中国植物志》编纂的同时,中国科学院与美国等国的重大国际合作项目——《中国植物志》(英文版)(Flora of China)也开始进行,并于2013年9月编纂完成并全部出版。

《中国植物志》(英文版)对80卷125册的《中国植物志》进行全面修订,并译成英文。与中文版不同的是,英文版中囊括了被收录在美国和欧洲一些大标本馆的中国标本,并且鉴定中国近年采集的标本。同时,学者们还进行了野外考察,对疑难类群的形态性状和生物学特性进行观察和分析。此外,《中国植物志》(英文版)还对类群进行分类修订,着重物种的划分和归并,学名的考订和规范等。为保证其准确性,我国学者还与美、英、法、俄等国外学者交流、讨论,共同修改文稿,并最终由中方作者定稿。

《中国科学报》 (2017-04-21 第4版 自然)
 
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