前言

前言

人類對地球上生物多樣性起源和演化的認(rèn)識經(jīng)歷了三個(gè)重要階段。第一階段, 科學(xué)家通過對生物外部特征(即表型, phenotype)的觀察和分析, 獲得了對地球上生物多樣性的初步認(rèn)識, 并探索了生物物種的地理分布格局及物種的演化規(guī)律。在此階段, 英國科學(xué)家華萊士根據(jù)生物多樣性的分布格局, 提出了區(qū)分物種地理分布的“華萊士線”(Wallace’s Line)。在華萊士線的基礎(chǔ)上, 許多學(xué)者進(jìn)行了延伸或修正, 提出了韋伯線(Weber’s Line)、萊德克線(Lydekker’s Line)和赫胥黎線(Huxley’s Line)等。在此階段, 英國科學(xué)家達(dá)爾文出版了《物種起源》, 總結(jié)了生物多樣性形成的根本原因, 提出了自然選擇(natural selection)理論。第二階段, 科學(xué)家透過現(xiàn)象看本質(zhì), 探討了決定生物多樣性性狀的內(nèi)在因素(即基因型, genotype), 創(chuàng)立了遺傳學(xué)(genetics)這門重要學(xué)科。在此階段, 奧地利遺傳學(xué)家孟德爾提出了遺傳學(xué)三大定律(three basic laws of genetics), 美國遺傳學(xué)家摩爾根提出了遺傳的染色體學(xué)說(chromosomal theory of inheritance)和基因連鎖圖譜。第三階段, 科學(xué)家將人類對生物多樣性起源和演化的認(rèn)識推進(jìn)到分子水平。此階段的代表人物是美國科學(xué)家沃森和英國科學(xué)家克里克。他們于1953年提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu), 奠定了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。英國科學(xué)家桑格發(fā)明了DNA測序方法, 推動(dòng)了人類基因組計(jì)劃, 催生了基因組學(xué)以及其他各種組學(xué)。DNA測序技術(shù)是人類從分子水平上認(rèn)識生物多樣性起源與演化的重要抓手, DNA測序技術(shù)的日趨成熟促進(jìn)了人類對生物多樣性起源與演化機(jī)制的全方位研究。基因組研究的發(fā)展也催生了反向遺傳學(xué)(reverse genetics)分析方法。

與陸生生物多樣性研究相比, 海洋生物多樣性研究雖然落后了許多, 但是也取得了很多進(jìn)展。海洋生物多樣性研究也經(jīng)歷了三個(gè)階段。科學(xué)家發(fā)現(xiàn), 海洋生物多樣性中心在過去50 Ma間發(fā)生了三次大遷移, 從始新世(55—33 Ma)的古地中海, 到始新世晚期和中新世中晚期(37—11 Ma)的阿拉伯半島和西印度洋, 再到漸新世(33—23 Ma)和早中新世(23—16 Ma)至今的印太交匯區(qū)(Indo-Pacific Convergence Region)。印太交匯區(qū)生物多樣性中心的形成與演變研究是一個(gè)研究熱點(diǎn), 形成了多個(gè)生態(tài)學(xué)假說解釋生物多樣性中心的形成演變, 包括物種形成中心(center of origin)假說、物種匯聚中心(center of accumulation)假說、物種重疊中心(center of overlap)假說和物種保存中心(center of survival)假說等重要科學(xué)假說。這些研究可以歸納為海洋生物多樣性研究的第一階段。針對印太交匯區(qū)生物多樣性形成與演變的遺傳機(jī)理研究(即第二階段的研究)還比較初步, 僅探討了適應(yīng)性輻射(adaptive radiation)和物種雜交(hybridization)等重要遺傳機(jī)制在生物多樣性形成過程中的貢獻(xiàn)。而第三階段——生物多樣性中心形成演變的分子機(jī)理方面的探索才剛剛起步。因此, 印太交匯區(qū)生物多樣性中心形成與演變機(jī)制的研究尚有較大空白, 具有很大的探索空間。

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)(B類)“印太交匯區(qū)海洋物質(zhì)能量中心形成演化過程與機(jī)制”中的項(xiàng)目三“印太交匯區(qū)海洋生物多樣性中心形成演化過程”集中探討生物圈、大氣圈、水圈和巖石圈等多圈層框架下印太交匯區(qū)海洋生物多樣性中心形成演化過程及其機(jī)制。本項(xiàng)目有兩條重要的軸線, 對應(yīng)兩架跨學(xué)科的橋梁。其中第一條軸線是通過對印太交匯區(qū)代表性物種的調(diào)查、采樣和分析, 探討其生物地理分布規(guī)律, 特別是探討深海物種與淺海物種之間的連通性與源匯關(guān)系, 這個(gè)軸線是連接本項(xiàng)目與海洋環(huán)流演變(即項(xiàng)目一“印太交匯區(qū)海洋物質(zhì)能量循環(huán)與跨圈層交換過程”)之間的橋梁。第二條軸線是通過對代表性物種進(jìn)行遺傳學(xué)和分子生物學(xué)分析, 探討新基因、新調(diào)控機(jī)制、新功能, 以及新性狀的形成與演變機(jī)制。這條軸線是連接本項(xiàng)目與海洋地質(zhì)構(gòu)造演變(即項(xiàng)目二“印太交匯區(qū)板塊匯聚過程及物質(zhì)循環(huán)”)之間的橋梁。以此項(xiàng)目研究框架為基礎(chǔ), 本期專刊共刊載20篇綜述論文, 對古氣候、古環(huán)境、浮游動(dòng)物、浮游植物、大型動(dòng)物、深海生物、資源利用等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性地文獻(xiàn)綜述。希望通過展現(xiàn)印太交匯區(qū)生物多樣性中心形成與演變機(jī)制研究的相關(guān)進(jìn)展, 推動(dòng)海洋生物多樣性研究的發(fā)展, 給國內(nèi)外從事海洋生物多樣性起源演化研究的科研人員提供參考。

2021年3月4日