亚马逊低地的卫星图像显示了不断变化的河流网络在森林景观中的巨大复杂性。
美国宇航局地球观测站/杰西艾伦
从飞越亚马逊河的客机的窗外，景色令人叹为观止。 “它距离河流和河流岛屿只有数英里，”德雷塞尔大学自然科学院的博士后研究员 Lukas Musher 说。
下方巨大的河流分支成一个密集的树状网络，数十万年来不断重新排列，开辟新路径并抹去旧路径。河流将森林分割和细分为空间，每个空间都是一个完整的世界，供无数生物在其不断变化的边界内摆动、爬行和飞行。
在《科学进展》杂志上的一项新研究中，Musher 和他的合著者报告说，河流无休止的改组增加了亚马逊茂密热带雨林中美丽鸟类的生物多样性。通过充当“物种泵”，充满活力的河流在将亚马逊森林塑造成地球上生物多样性最丰富的地方之一方面可能发挥的作用比以前意识到的要大。尽管森林的低地仅占地球陆地面积的 0.5%，但它们却拥有大约 10% 的已知物种——毫无疑问还有许多未知物种。
河流流动可以塑造鸟类物种形成的想法可以追溯到 1960 年代，但大多数研究人员都忽视了这一现象，认为该现象是鸟类或哺乳动物多样化的驱动因素。 “很长一段时间以来，我们真的认为河流是静止的，”芝加哥菲尔德博物馆的策展人约翰贝茨说，他没有参与这项研究。
但最近，生物学家开始关注地质学家越来越响亮的耳语。 “生物学家最发人深省的事情之一就是意识到地质学家开始认为河流是多么活跃，”贝茨说。他说，这篇论文将生物学数据与地质学思想结合在一起的方式非常巧妙。
Musher 说，地理变化和生物多样性之间的关系是“进化生物学中最具争议的话题之一”，他将这项研究作为博士工作的一部分进行。一些研究人员表示，地球的历史对生物多样性的模式影响不大，但其他人则认为两者之间存在“极其紧密、基本呈线性”的关系，Musher 说。
跨越时间的运动
为了了解河流重新排列可能如何塑造亚马逊地区的鸟类，Musher 和他来自美国自然历史博物馆和路易斯安那州立大学的合作者于 2018 年 6 月对流经巴西中心的河流进行了考察。
他们从两条河流两侧的多个地点收集了鸟类的例子：Aripuanã 河和罗斯福河，以泰迪·罗斯福命名，他于 1914 年作为测绘团队的一员前往那里。他们还借用了其他机构之前在亚马逊河其他河流附近收集的样本。
河流重新排列极大地影响了所研究鸟类群体的进化，包括Hypocnemis （左）和Malacoptila （右）属的成员。
（左起）赫克托·博泰；奇闻趣事卢比奇
他们专注于六组不是强壮飞行者的鸟类。 （“如果你想知道河流如何影响鸟类，你必须挑选河流会影响的鸟类，”Musher 说。）这些鸟类，包括蓝颈美洲虎（ Galbula cyanicollis ）和黑斑雀裸眼（ Phlegopsis nigromaculata ），大部分时间都在亚马逊河流域南部低地的森林树冠下度过，在那里它们跟随成群的蚂蚁，吃蚂蚁踢来的昆虫。
研究人员对这些鸟类的基因进行了测序，并对它们进行了比较，看看它们是如何随着时间的推移而分化的。然后，他们将这些基因组变化与地质文献中有关鸟类居住的河流变化的数据联系起来。他们用一个模型证实了这些发现，该模型使用该物种获得的突变数量来推断它们在多长时间前相互分化。
正如预期的那样，他们发现河流是这些鸟类的屏障：当河流分流时，种群相互隔绝。即使是相对较小的河流也可以将种群分开并促进其基因组的分歧。
但研究人员还发现，河流是动态的，而不是静态的屏障。分裂的河流通常最终会重新汇合，使分裂的人口再次混合。有时，不同的种群差异太大而无法杂交，并且仍然是独立的物种。但大多数情况下，这些重聚成为人们交换他们各自获得的新基因的机会。
每次重复该过程时，这种“基因流动”都会导致基因组中的基因出现新的组合，并且它可能“随着时间的推移促成了许多新的鸟类物种，”Musher 说。不同物种的多样化模式因河流变化方式和时间尺度而异。
穿过亚马逊河的河流纵横交错，将森林划分为可以容纳独特物种集合的微环境。由于河流不断变化，这些微环境在地质规模上可能是暂时的。
乌韦·伯格维茨
他们发现，地质因素导致亚马逊西部鸟类之间的基因流动比东部多。在地形平坦的亚马逊西部，河流蜿蜒曲折，因为它们更有可能侵蚀河岸并改变路线。在东部，那里的景观非常丘陵，河流切入基岩，往往更加稳定且风少。
研究人员使用数学模型发现，当代河流作为基因组差异的预测指标比环境条件和物种之间的距离更重要。他们推断，“由于分歧是由于河流造成的，河流的变化对于基因流动等接触的发生肯定很重要，”Musher 说。他们没有考虑到的其他因素也可能在起作用，但很明显，“地球的动态及其生物多样性是相互联系的，有时是密不可分的。”
广阔的地平线
尽管认为会飞的鸟类受到河流的限制是违反直觉的，但众所周知，许多鸟类无法飞越河流。即便是亚马逊河中一些相对较小的河流也如此之大，以至于“从鸟类的角度来看，这就像在看地平线，”路易斯安那州保护生物学教授菲利普·斯托弗 ( Philip Stouffer ) 说。学习。 “对于不太容易长距离移动的鸟类来说，这只是一个不可能的障碍。”
此外，许多适应生活在黑暗森林地面上的鸟类不喜欢穿过阳光照射的缝隙，因此它们可能没有强烈的动力离开森林的家园——其他与它们一起生活的物种也可能没有。众所周知，河流的重新排列对于亚马逊河流域鱼类等水生生物的多样化非常重要，研究人员认为类似的模式也可能适用于其他物种，如灵长类动物和蝴蝶。
鸟类可能是最完整的生物群，但即便如此，“我们仍在了解生物多样性的这些基本模式，”Musher 说。因此，在我们了解亚马逊的动态地质与其物种之间的关系之前，还有很长的路要走。
作者说，类似的地质过程——无论是河流重新排列还是其他变化——很可能也在推动地球上其他地方的当地生物多样性。但它可能看起来与亚马逊地区正在发生的事情并不完全一样，因为“地球上没有其他类似的东西，”Musher 说。
原文： https://www.quantamagazine.org/reshuffled-rivers-bolster-the-amazons-hyper-biodiversity-20220607/