全球荟萃分析表明,需要采取行动制止遗传多样性的丧失

【字体: 时间:2025年01月30日 来源:Nature 50

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  一项涵盖30多年研究的全球陆地和海洋遗传多样性综合荟萃分析表明,遗传多样性正在迅速丧失,并确定了可以缓解这一进程的保护干预措施。

  

全球遗传多样性研究:现状、影响因素与保护策略


国际自然保护联盟(IUCN)保护遗传学专家组(CGSG)等多单位的研究人员在《Nature》期刊上发表了题为 “Global meta-analysis shows action is needed to halt genetic diversity loss” 的论文。该研究通过全球范围的元分析,全面评估了物种遗传多样性的变化情况,为生物多样性保护提供了关键的理论依据和实践指导,对制定科学有效的保护策略意义重大。


研究背景


生物多样性在全球范围内以前所未有的速度丧失,这引起了广泛关注。生物多样性涵盖生态系统多样性、物种多样性和种内(种内特异性)遗传多样性三个基本层面。其中,种内遗传多样性对个体和种群的适应性至关重要,关乎种群和物种的长期生存,是维持生态系统弹性的关键因素。它能保护生物多样性以应对未来环境变化,并支持自然对社会的贡献。鉴于其重要性,《生物多样性公约》的昆明 - 蒙特利尔全球生物多样性框架已将保护所有物种的遗传多样性纳入目标。


然而,量化和预测遗传多样性随时间的变化,对于生物多样性政策的优先排序、风险评估和景观管理至关重要。但由于人类活动,如栖息地退化、过度捕捞、入侵物种和极端气候事件等,导致种群数量下降和碎片化,进而引发遗传侵蚀,造成全基因组遗传多样性和适应潜力的丧失。已有研究表明,多个分类群都存在遗传多样性损失的情况,且这一现象并非仅存在于珍稀濒危物种中。尽管此前有研究指出特定分类群和区域存在遗传多样性损失,但关于遗传多样性下降的程度和模式的数据有限。同时,虽然有证据表明个体保护行动对生物多样性有益,但缺乏对遗传多样性变化的时间、空间和分类学上的全面调查,以及相关威胁和管理行动的信息。因此,开展此项研究十分必要。


研究材料与方法


数据收集


研究人员进行了文献检索,使用 Web of Science 的高级搜索功能,检索包含遗传多样性时间测量的已发表作品。检索遵循系统评价和元分析的首选报告项目(PRISMA)协议,使用了广泛的关键词,共检索到 80,271 条记录,经过去重、筛选等一系列步骤,最终纳入 882 项研究,提供了 4,023 个测量数据用于分析。这些研究涵盖了各种地理区域、时间框架和遗传标记类型,涉及真核生物树中的 628 个物种,包括动物、植物、真菌和色藻等。


数据分类与变量提取


研究人员对遗传多样性统计数据进行分类,根据研究设计分为线性变化测量、两个时间点比较和溯祖分析三类;根据 “基本生物多样性变量”,将遗传多样性变化数据分为变异计数、变异频率均匀度、个体水平变异的种群均值和综合统计四类指标。同时,收集了生态干扰和保护管理行动等 “影响元数据”,以及分类学身份、研究物种的威胁状态、世代长度等其他元数据。


效应量计算与模型构建


研究人员计算 Hedges’ g作为效应量的度量,以评估遗传多样性的变化。针对不同的遗传多样性度量类型,确定其与遗传多样性的正负相关性,对负相关指标进行处理,使正的 Hedges’ g代表遗传多样性增加,负的代表减少。通过拟合多层贝叶斯分层模型进行元分析,以论文 ID 作为随机效应,纳入标准化的世代数和研究中点年份作为固定效应。对模型进行多次运行和诊断,确保模型的可靠性,并通过元回归评估不同调节变量对遗传多样性变化的影响。


研究结果


全球遗传多样性正在丧失


通过贝叶斯分层元分析,研究发现全球遗传多样性随时间呈现出虽小但具有统计学意义的损失(Hedges’ g * 后验均值 =-0.11;95% HPD 可信区间 -0.15, -0.07)。无论研究持续时间、统计方法、遗传标记类型或使用的遗传多样性指标如何,均发现遗传多样性平均损失的情况。从生物地理学角度看,大多数陆地领域存在遗传多样性损失,而海洋领域结果更具可变性。从进化角度看,共同祖先对效应量方差的解释比例较小,不同分类类群的遗传多样性变化存在差异,鸟类和哺乳动物的遗传多样性损失最为明显,而双子叶植物、昆虫和硬骨鱼的遗传多样性在时间上相对保持稳定。


干扰比管理更常见


在研究的时间范围内,65.11% 的独特种群受到至少一种生态干扰,45.75% 的种群接受了保护管理行动,35.35% 的种群两者都有。在生态干扰中,对目标物种的收获或骚扰最为常见,其次是土地利用变化和非生物人类现象;在保护管理行动中,法律保护最为常见,其次是补充个体和育种管理。生态干扰和保护行动在受威胁物种中比在非受威胁物种中更常见,但不同分类类群中两者的类型有所不同。


维持遗传多样性的行动


研究发现,即使没有报告干扰,也存在遗传多样性的背景损失。当考虑干扰类型时,非生物自然干扰、疾病出现、收获 / 骚扰和土地利用变化会导致遗传多样性显著损失。在保护管理行动方面,虽然在没有保护行动时遗传多样性存在显著损失,但生态恢复、野生和害虫控制、种群控制和补充个体等行动与遗传多样性的维持或增加相关,其中补充个体是唯一与遗传多样性显著增加相关的保护行动,尤其在鸟类中效果明显,但在受威胁或威胁状态未知的物种中效果不显著。此外,研究还发现管理强度与遗传多样性损失有关,个体层面的管理与最大的遗传多样性损失相关,种群层面的管理损失较少,间接管理则没有导致平均遗传多样性变化,但估计精度较低。


研究结论与讨论


该研究全面揭示了全球范围内种内遗传多样性的下降趋势,这是目前对种群内遗传多样性变化最全面的调查。研究结果表明,鸟类和哺乳动物的遗传多样性下降明显,而其他一些分类群虽目前遗传多样性保持稳定,但仍可能面临风险,因为遗传多样性损失可能不易察觉或滞后于种群数量变化。这意味着如果人类社会不采取紧急行动,短期内遗传多样性可能会进一步丧失;同时也表明当前具备检测遗传多样性变化的敏感方法和数据集,有助于有效开展生物多样性保护行动。


研究还指出,大多数种群在研究期间受到干扰,说明人类活动对物种遗传多样性构成了直接且广泛的威胁。因此,即使是轻微的遗传多样性下降趋势,也应引起对种群恢复力和自然生态系统维持关键生态系统服务能力的担忧,需加强保护管理行动以阻止遗传侵蚀。补充个体是唯一能显著增加遗传多样性的保护管理行动,其他旨在改善环境条件和提高种群增长率的保护行动也可能有助于阻止或减少遗传多样性的损失。


基于上述研究结论,研究人员提出四点建议以跟踪种群内遗传多样性并确定保护行动的需求:一是进行时间遗传监测,遗传多样性指标对变化敏感,长期监测可指导战略管理;二是在缺乏时间遗传数据的情况下,立即开始收集,单次遗传多样性快照对制定管理决策有重要价值;三是在遗传数据收集困难的情况下,利用现有数据;四是在缺乏遗传数据时,使用代理数据,将遗传因素纳入生物多样性风险评估。


综上所述,该研究为全球生物多样性保护提供了重要的科学依据,强调了遗传多样性保护的紧迫性和重要性,其研究结果和建议对制定和实施有效的遗传多样性保护策略具有关键的指导意义,有助于推动全球生物多样性保护工作的开展,以应对当前严峻的生物多样性危机。


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