植物

植物的风和分散

在南半球,非常遥远的地方分享了许多植物物种。风,而不是大洲的漂移,将在这些相似之处的起源。

ÁngelFelicísimo和jesúsmuñoz for science n°77
本文保留用于科学用户

1908年,德国植物学家Ludwig Diels在地球上介绍了六个“植物界”,恢复和概念化,后来被英国植物学家罗纳德·罗纳德·福利(1896-1992)。这些“王国”的特点是植物家庭水平的高度自治区。对于Holarktis(北美,欧洲和北亚),Palaetropis(非洲,中东和南亚),德国(中美洲和南部),Capensis(Cape Town,南非),澳大利亚和安特拉克。植物王国在繁殖省份转向植物,其特征在于这种时代植物物种。

如何解释在地球的各个地区的弗洛雷斯观察到的差异和相似性?这种生物地理学问题已经争论了近两年,但实验水平仍然不足。我们最近进行了统计分析,这些分析缺乏这种缺乏。我们将看到他们在长距离距离南半球的植物扩散中突出了风的重要性。

在跑步中的三个假设

地球物种的分布是三个主要假设的主题,以解释它:“长途分散”的“牧人假设”,“远程分散”和“测地假设”。这些理论是什么?

在20世纪70年代,由莱昂·克罗辛,Gareth Nelson和Data Rosen,来自美国自然历史博物馆,解释了物种的进化史。据他们介绍,星球各个地区之间发现的相似之处和花卉和粪便差异将取决于大洲的地质史。

参加南半球大陆的榜样:南美洲,南极洲,非洲和澳大利亚。约有1.55亿年前,在侏罗纪结束时,这些土地被重聚在一个名为Gondwana的超征密,然后他们开始分开。这些物种发现自己被隔离,独立进化并逐渐差异化。这是这种机制,解释了这些大陆的动物和植物区系中观察到的相似之处和差异。根据职业的假设,加上两块之间的地质分离是最近的,越来越多的物种数量越大,它们的植物越多。

“长距离分散”的假设指出,一些物种被风运输到原来的地区数千千克。这个过程将使地区的殖民区彼此远离。它适用于元素重量轻的物种,或者可以通过小碎片传播 - 宣传(用于非性繁殖),种子或孢子(用于性繁殖)。具有重或多型种子的植物被排除在这种分散模式之外。

风如何行动?其对连接偏远区域的有效性取决于其速度和方向。如果在这些地方之一到另一个地方,则可以连接两个远程位置。这将解释在地理上从未接近的地方的常见物种。相反,如果没有直接风向另一个,可以隔离两个附近的区域。

在风的效果下的裁剪假设与远程分散的巨大差异是颞的。第一种提出,本质上的分布依赖于历史过程蔓延超过数百万年。根据第二种,最近最佳解释这一分布的机制:植物相似性将与当前背心循环计划密切相关。

根据“测地假设”,最后,两个地方之间的植物相似性与将它们分开的距离成反比。这些距离根据大洲的漂移而变化,因此考虑到历史因素。大地测量假设并没有否认风的作用,而是认为流量的结果没有优选的方向:到或多或少长期,风将一切与一切联系起来,使一个物种的传播概率不存在取决于距离。

第一个假设,即长途分散的裁剪以及几十年来的辩论。第三是最近 - 它是从2001年的日期 - 并且不会从必要的下降中受益。这些假设中的一个可以解释南半球的一组地区观察到的植物相似性吗?为了验证它,我们已经确定了这些假设对统计基础的可能性,将观察数据构成到理论数据,也就是说,每个假设的结果。

我们选择我们的分析领域延伸到南极大陆的海岸和30e 南纬程度。它占土地面积的约25%,海洋占地70%。我们选择了27个网站,我们有足够的生物数据。有些人位于大陆,但大多数由海洋岛屿组成 (见下图).

南半球提供了一个特权的实验框架,因为有各种年龄的地质区域。有些人,非常老,是吉隆坡的一部分;其他人,最近,诞生于火山活动或构造运动。这些地方也被隔离,这消除了阶段的任何交通的可能性。

四组植物

我们选择了四个分类群体在这方面良好的群体:苔藓,肝脏,地衣和蕨类植物 (见图下一页)。苔藓植物(泡沫和肝脏)以及地衣可以分散和繁殖 通过 非性宣传。这种繁殖模式有助于定植,因为甚至在气候条件和土壤的性质是有利的情况下甚至微小的宣传就可以是可行的。另外,繁殖比孢子更好地抵抗具有难度的环境条件,其中可以发生分散体(低温和强烈的紫外线辐射)。

蕨类植物,他们通过孢子传播。这种扩散模式大大复杂化了定植,因为为了关闭再现循环,两种配子体(植物的阶段,从孢子,产生性细胞的孢子)必须在空间和时间内重合。

我们收集并处理了四种类型的数据:生物,地质,风力涡轮机和地理位置。生物数据由物种的存在列表(或不存在)构成。他们已经制定了考虑到现有的参考书目并质疑专家。从常见种类的数量,或不是常见的种类,为每个分类组开发了植物相似性矩阵。这样的矩阵是一个表,其元素是一个数字,表示代表所考虑的27个站点之间的植物相似性的索引。植物相似性指数的可靠性在其他方面取决于所选物种的数量。在我们的研究中,我们考虑了1,851种:601泡沫,461肝,597个地衣和192个蕨类植物。

地质数据对应于自三方漂移效果下两位位点分离以来已经过去的时间。地质相似性指数与此时间成反比。靠近0的值表示旧分离(在我们的案例中,大约1.35亿岁)。靠近1的值证明了最近的分离。在从未成为GONDWANA的火山群岛中已被授予无限分离时间(地质相似性指数为零)。如果确认了裁判假设,则地质相似性矩阵将与弗洛雷斯密切相关。

为了测试风分散的假设,必须在两个位点之间计算风连接程度。数据由卫星提供 Quikscat.,由此推出 美国宇航局 1999年6月并停止在2009年运营。 Quikscat. 踏上了传感器 海风,测量了海风的强度和方向。由于其轨道803公里以上海平面,该仪器以高速率发出微波脉冲。风速越大,令人振奋和汹涌的大海。金色粗糙表面扩散微波信号比平滑的表面多。回声的强度 海风这取决于海面的粗糙度,然后允许估计风的速度。

这些数据由空间推进实验室处理(j。 P) 的 美国宇航局,可免费提供科学界。每天收集的数据,时间分辨率优异。空间分辨率为25公里。由于卫星轨迹,一些海洋区形状的区域,南北面积未覆盖。通过将数据组合在连续几天中,可以克服这个缺点。

我们在研究时使用的所有风数据,即近四年的日常新闻,从1999年6月到2003年3月。然后我们继续收集并每六个月增加数据。。风数据不可能计算所研究的地点之间的连接值。为此,我们必须计算各向异性应力模型。它是关于什么的?

评估风连接

压力模型是卡在每个点的卡形式,其中与表达约束或阻力的值相关联,以克服从一个点到另一个点 (见图下一页)。在没有风的情况下,约束是各向同性:努力与运动的方向无关。在风的存在下,它是各向异性的并且取决于每个点的风的速度和方向,以及随时间的变化。总努力等于与构成课程的每个小部分对应的努力的总和。它可能大于或低于各向同性的应力情况,对应于风的缺失:风确实可以反对运动或促进它。

在这一原则上,我们估计了所研究的地方的风连接程度。我们计算了27个可能的站点中的每一个和其余部分之间的压力模型。为此,我们使用了一个地理信息系统,在几天内分析了近四年。因此,我们获得了139套27型型号,这些模型表明,对于十年来说,对于有关十年来,每个27个地方的风连接程度和其他26个。

从由139套组成的时间序列,我们建立了一个矩阵,该矩阵收集了1999年至2003年的每对网站所观察到的连接的最大值。最后,我们计算了27个地方之间的地理距离研究。这些数据没有特别困难,它们是由简单且知名的大地型公式决定的。

因此,我们获得了七个矩阵,测量了所研究的27个地区之间的相似性。四个矩阵反映了植物相似性(四个植物组中的每一个的基质)。第五个对应于地质相似性,其上的职业假设是基于的。第六矩阵总结了1999年至2003年的风连接(结合宽范围色散假设)。最后,第七矩阵表达了27个站点之间的地理接近(结合测地假设)。

下一步是测量植物相似性矩阵和对应于所提出的三个假设中的每一个的关系之间的相关性或关联程度,这些是建议解释植物分布的三个假设。

使用包括两个步骤的统计技术(命名多维定位和ProCustene分析)测量这种相关性。如果没有详细说明,统计分析提供 fine 在0和1之间的p值测量两个比较矩阵之间的链路的随机性。换句话说,加上P的值小,两个矩阵越多。例如,值P = 0.005意味着在两个矩阵之间观察到的相关性是由于机会,而不是真实的链接是0.5%。

该分析已被应用于将植物相似性矩阵与地质分离时间的比较,最大的风连接和地理距离。

结果表明,风的长距离色散假设最有可能。实际上,与风连接的植物相似性的相关性总是大于与地质分离时间或地理距离的相关性。只有在蕨类植物的情况下,地理距离显示了等同的统计显着性 (见对方的盒子).

因此,裁剪的假设并不能解释所研究的前三个分类学团体的植物相似性。第四,蕨类植物的第四次,这是吉尔瓦纳的一部分以及我们今天发现这些植物的地方太小(寒冷的气候会阻止南极洲和下肢岛屿的蕨类植物的发展)。此外,我们研究中包含的部分岛屿是火山的和最近的起源:他们从未成为Gondwana的一部分,因此不要陷入地质分离的方案。至于大地测量假设,基于本地之间的电流距离,仅在蕨类植物的情况下具有良好的相关性。

该研究达到了长距离风分散的假设,作为分析的群体的植物相似性的决定因素。因此,即使可能适用于更高的植物组,否则可以解释目前物种的存在或不存在。

显然不可能将这些结果推断到所有植物和动物群中。风中的被动分散不能仅用于足够轻的元素(例如小昆虫,淡水藻类或真菌)的机制。

和北大西洋?

我们根据几个互补轴继续这项工作。首先,我们将对其他分类,植物和动物组进行相同类型的分析。然后,我们打算测量在研究大量站点上存在的不同物种人口之间的遗传距离。我们将检查遗传距离是否与风连接或地理距离保持有关。

今天,我们在大西洋北方重现了这些测试,除了两个地面的种类的数量之外,我们还可以使用,除了两个地面的种类,一组选定物种的遗传相似性。我们向其他组织的研究扩展了我们的研究,而不是在我们在南半球的工作中有关的四组织,包括蚜虫,迟到的(形成节肢动物组的八腿动物),蝴蝶来自耻骨的超家族和一些蘑菇群。因此,我们将刷在植物和动物物种的长途分散中的风中的更完整的作用。

订阅和ACC.édez à plus de 20 ans d'archives !

12号éros + 4 hors-série
在纸张版本+ numérique

+ ACC.ès illimité à plus de 20 ans d'archives

我是'abonne

订阅和ACC.édez à plus de 20 ans d'archives !

12号éros + 4 hors-série
在纸张版本+ numérique

+ ACC.ès illimité à plus de 20 ans d'archives

我是'abonne

我们的上一篇出版物

回到顶部