古代DNA表明猛犸象在地球存活的时间比人们想象的更晚新研究估计地球上有9200个尚未被发现的树木种类磁性导航：候鸟迁徙过程中如何收到“停止信号”？
古代DNA表明猛犸象在地球存活的时间比人们想象的更晚2010年，阿尔伯塔大学的一个团队从育空中部克朗代克地区的金矿中收集了少量的永久冻土沉积物的核心。在麦克马斯特古DNA中心的古遗传学家应用新的基因组学技术来更好地理解约12700年前在北美达到顶峰的巨型动物的全球灭绝之前，它们一直被冷藏着。这些微小的沉积物样本包含了巨大的古代环境DNA财富，这些DNA来自数千年来生活在这些环境中的无数植物和动物。这些基因微化石源自生态系统的所有组成部分--包括细菌、真菌、植物和动物--并作为久违的生态系统的时间胶囊，如约13000年前消失的猛犸草原。这些生态系统究竟是如何大幅重组的以及为什么大型动物似乎受这种转变的影响最大自18世纪以来一直是一个活跃的科学辩论领域。现在则可以利用环境DNA来帮助填补推动这一辩论的空白。细菌、真菌和无法识别的DNA占环境样本的99.99%以上。在新研究中，研究人员想要一种方法来有选择地恢复小得多的古代植物和动物的DNA，这将帮助他们能够更好地了解猛犸象草原生态系统的崩溃情况。据悉，研究团队开发了一种新的技术，从沉积物中提取、分离、测序和识别古代DNA的微小片段。研究人员通过对这些DNA片段的分析追踪了过去3万年中生活在育空地区的植物和动物的变化情况。他们发现了羊毛猛犸象和马在克朗代克地区晚期生存的证据，比预期的晚了约3000年。然后，他们扩大了分析范围，包括先前从克朗代克地区的四个地点收集的21个永久冻土核心，其日期在4000年至30000年前。通过利用目前的技术，研究人员不仅可以确定一组遗传微化石来自哪个生物体，而且还能将这些片段重新组合成基因组以研究它们的进化历史--完全来自沉积物。发生在约11700年前的更新世-全新世过渡期是全球范围内的巨大变化时期。在白令亚东部，这一时期见证了猛犸象-草原生物群落的崩溃并逐渐被我们今天所知的北方森林所取代。这带来了标志性冰河时代巨型食草动物的消失，如猛犸象、育空马和草原野牛以及美洲弯刀猫和贝林吉亚狮等掠食者。研究人员发现了来自各种古代动物的环境DNA，包括猛犸象、马、草原野牛、驯鹿、啮齿动物、鸟类和许多其他动物。另外，他们还能观察到生态系统是如何随着13500年前木本灌木的兴起而发生变化的以及这跟猛犸象、马和草原野牛的DNA的减少有什么关联。通过这个非常丰富的数据集，研究人员观察到了四个主要发现：各地的信号有惊人的一致性，这表明他们的数据能代表该地区的生态趋势；毛猛犸象的DNA在Bølling-Allerød变暖之前就已经下降了，这是最后一个冰期结束时的一个温暖时期，这表明巨型动物的损失可能是错开的；草本植物（草本开花植物）跟草类一起构成了猛犸象草原生态系统的一个重要组成部分；有一个一致的信号表明，在全新世，即在它们从化石记录中消失7000年之后，长毛猛犸象和育空马仍然存在。当跟其他记录配对时，研究人员的遗传学重建表明，最后一个冰川期的过渡可能比单单有日期的骨头所显示的要长。研究数据表明，马和猛犸象可能一直存在于克朗代克地区，直到约9000年前--也许最近在5700年前，比它们从当地化石记录中消失的时间要长7000年。然而，古代环境的DNA有可能在侵蚀和重新沉积中幸存下来，这可能会混合不同时期的遗传信号。直到最近，还没有证据表明猛犸象可以生存到全新世中期。但现在的研究表明，猛犸象在北极岛屿上一直生存到5500年和4000年前。哥本哈根地理遗传学中心的研究人员发现了马和猛犸象在阿拉斯加晚期生存的证据，且一直到最近7900年前。他们还发现了猛犸象最近在3900年前在西伯利亚生存的证据，同时还有至少9800年前的毛犀牛。被认为在更新世期间已经消失并被美洲野牛所取代的草原野牛同样被发现甚至在最近可能只有400年前还生存着。研究人员能在相同的沉积物样本中观察到毛猛犸象和草原野牛的不同遗传品系，这表明这些动物可能有不同的种群生活在同一地区。越来越多的证据表明，许多冰河时代的巨型动物可能一直生存到有记载的人类历史，在青铜时代和建筑工人在埃及的金字塔上工作时在北方游荡。研究古代遗传微化石的环境DNA方法的日益成熟凸显出沉积物中埋藏着多少信息。永冻土是保存古代DNA的理想场所，但随着这种常年冰冻的地面随着北极的变暖而解冻和退化，保存在其中的遗传物质和它们曾经拥有的进化之谜也会随之消失。一个大型新研究估计地球上有9200个树种尚未被发现一项由来自全球各地的100多位科学家参与的新研究和迄今为止最大的森林数据库估算，地球上约有73,000个树种，其中包括大约9200个尚未发现的树种。这一全球估计比目前已知的树种数量高出约14%。该研究显示，大多数未发现的物种可能是罕见的且种群数量非常少、空间分布有限。研究作者称，这使得未被发现的物种特别容易受到人类造成的破坏，如砍伐森林和气候变化。他们还表示新发现将有助于确定森林保护工作的优先次序。密歇根大学森林生态学家、这项研究的论文第一作者Peter Reich说道：“这些结果突出了全球森林生物多样性对人为变化的脆弱性，特别是土地利用和气候，因为稀有分类群的生存受到这些压力的不成比例的威胁。”密歇根大学环境与可持续发展学院全球变化生物学研究所所长Reich表示：“通过建立一个量化的基准，这项研究可以为树木和森林保护工作及未来在世界某些地区发现新的树木和相关物种作出贡献。”在这项研究中，研究人员结合了两个全球数据集的树木丰度和发生率数据--一个来自Global Forest Biodiversity Initiative，另一个来自TREECHANGE--它们使用的是地面来源的森林地块数据。合并后的数据库得出了全世界共有64,100个有记载的树种，这个总数跟之前的一项研究相似，该研究发现地球上约有60,000个树种。这项研究的另一位论文第一作者、Global Forest Biodiversity Initiative协调员、普渡大学的Jingjing Liang说道：“我们将各个数据集合并为一个巨大的全球树木级数据集。每个数据集都来自于有人到一个林区测量每一棵树--收集有关树种、大小和其他特征的信息。计算世界范围内的树种数量就像一块分布在世界各地的拼图。”在合并数据集后，研究人员使用新统计方法来估算生物群落、大陆和全球范围内独特树种的总数--包括尚未被科学家发现和描述的物种。一个生物群落是一个主要的生态群落类型，比如热带雨林、北方森林或热带草原。研究人员表示，他们对地球上树种总数的保守估计是73,274种，这意味着可能还有约9,200种树种尚未被发现，他们称新研究使用了比以前试图估计地球树木多样性更广泛的数据集和更先进的统计方法。研究人员使用了数学家阿兰·图灵在第二次世界大战期间为破解纳粹密码而首次设计的技术的现代发展。约40%未被发现的树种--比任何其他大陆的都要多--可能在南美洲，研究报告中反复提到南美洲对全球树木多样性具有特殊意义。南美洲也是稀有树种估计数量最多的大陆（约8200种）和大陆特有树种估计比例最高的大陆（49%）--意思是只在该大陆发现的物种。未被发现的南美树种的热点可能包括亚马逊盆地的热带和亚热带湿润森林及海拔1000米至3500米的安第斯森林。“除了南美洲的27,000个已知树种外，可能还有多达4000个树种有待发现。其中大多数可能是地方性的，位于亚马逊盆地和安第斯山脉-亚马逊交界处的多样性热点地区，”Reich说道，“这使得南美洲的森林保护成为重中之重，尤其是考虑到目前热带森林的危机，如森林砍伐、火灾和气候变化的人为影响。”在全世界范围内，约有一半到三分之二的已知树种出现在热带和亚热带湿润森林中，这些森林物种丰富，但科学家们对其研究甚少。热带和亚热带干燥森林可能也拥有大量未被发现的树种。研究的论文第一作者Roberto Cazzolla Gatti指出：“对树木的丰富性和多样性的广泛了解是保护生态系统的稳定性和功能的关键。”森林为人类免费提供了许多“生态系统服务”。除了提供木材、薪材、纤维和其他产品，森林还能净化空气，过滤水并帮助控制水土流失和洪水。它们有助于保护生物多样性、储存气候变暖的碳、促进土壤形成和营养循环，与此同时提供远足、露营、钓鱼和打猎等娱乐机会。2022年1月27日发表在《科学》杂志上的一项新研究揭示了鸟类在飞越两个大陆之后如何导航回到它们的繁殖地。磁性信息似乎起到了关键作用。这项研究是牛津大学研究人员领导的国际合作的一部分，包括来自奥尔登堡大学的科学家，表明从地球磁场中提取的信息告诉鸟类在哪里以及何时停止迁徙。这一招使它们能够在数千公里外年复一年地精确瞄准同一繁殖地。鸟类如何感知地球的磁场一直是激烈研究的主题。鸟类甚至可能'看到'磁场线，并可能利用这种能力来确定它们所面对的方向和它们所在的位置。原牛津大学的乔-怀恩博士，现在是德国鸟类研究所的研究员，他说。'虽然我们对鸟类如何从它们的父母那里继承迁徙信息有了越来越多的了解，但它们如何年复一年准确无误地回到同一地点，仍然是难以捉摸的。因此，我们已经能够找到证据，证明磁性线索可以被试图重新定位它们的家园的候鸟所利用，这是相当令人兴奋的。'他在奥尔登堡大学生物学家Henrik Mouritsen教授的研究小组中担任客座科学家期间，开始提出了这项研究的想法。Mouritsen也参与了这项研究的数据分析。该研究小组分析了近18000只芦苇莺的数据，以调查这些鸟在寻找它们的繁殖地时是否使用地球磁场。芦苇莺是身材微小的鸣禽，每年飞习惯越撒哈拉沙漠，在欧洲度过夏天。他们发现，随着地球磁场的轻微移动，鸟类返回的地点也随之移动，这表明鸟类以移动的磁力目标为家。鸟类似乎将磁性信息作为一种'停止信号'，尤其是磁性倾斜度告诉鸟类它们已经到达了它们的繁殖地。芦苇莺在经过几千公里的旅程后回到了它们在欧洲的繁殖地这项工作利用了来自于脚环的数据。近一个世纪以来，来自欧洲各地的鸟类的腿上都被套上了编号独特的金属环。怀恩博士补充说：'脚环数据是回答有关迁徙问题的一种奇妙方式，仅仅是因为它们已经在一个非常大的区域内收集了这么多年......而且当观察鸟类和环形数据然后恢复的地方时，似乎芦苇莺使用单一的磁坐标有点像'停止信号'；当它们达到正确的磁场值时，它们就停止迁徙。'为什么要用磁场来通知迁徙？怀恩博士解释说：'磁场信息似乎是相当稳定的，这意味着在一个特定的地点，磁场每年不会有太大的变化。那么，在迁徙过程中瞄准一个特定的磁力值可能是有意义的，而我们认为鸟类正在使用的线索--倾角，似乎是磁场最稳定的方面。我们认为这给了鸟类回到繁殖地的最好机会。'怀恩博士在总结时说。'体重不到一茶匙的鸟类的跨洲迁徙是非常了不起的，原因有很多，但是能够从半个地球以外的地方精确地确定繁殖地，也许是最不寻常的方面。我们能够利用科学家和观鸟者收集的数据来调查这一点，是非常令人兴奋的，我们希望这种对公民科学数据的使用能够激励其他人走出去，观察鸟类，并更普遍地对科学感到兴奋。'
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