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9.2: 物种多样性

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    物种多样性是指特定区域内不同物种的数量及其相对丰度。 所讨论的区域可能是栖息地、生物群落或整个生物圈。 物种多样性低的地区，例如南极冰川，仍然存在各种各样的活生物，而热带雨林的多样性如此之大，无法准确评估。 物种丰富性，即生活在栖息地或其他单位中的物种数量，是生物多样性的一个组成部分。 物种均匀性是基于相对丰度（一个物种中的个体数量相对于系统内所有物种的个体总数）的物种多样性的一个组成部分。 基础物种（参见生态系统类型和动态）的物种相对丰度通常最高。 两个具有相同丰富度的地点不一定具有相同的物种均匀度。 例如，图中的两个群落\(\PageIndex{b}\)都有三种不同的树种，因此物种丰富度为三种。 但是，群落 #1 中有一种占主导地位的物种（由六个体代表）。 在社区 #2 中，每个物种有三个个体。 因此，群落 #2 的物种均匀度更高，总体物种多样性也更大。

    树木群落 #1 有六个不规则分支物种的个体、一个树叶密集的个体和两个针叶树。

    树木群落 #2 有三个个体，分别代表不规则分支物种、树叶密集的物种和针叶树物种。
    图\(\PageIndex{a}\)：两个假设的树木群落具有相同的物种丰富度，但群落 #2（下图）的物种均匀度更高。 这两个社区都有九棵树和三种树种。 在社区 #1 中，一个物种占主导地位，由六个体代表。 针叶树种有两个个体，最后一个物种中只有一个个体。 在社区 #2 中，每个物种有三个个体。 图片由来自 Alone tree George Hodan、O ld Tree Silhouett e 和 Tree（均为公共领域）的 Meliss

    地球上的物种数量

    尽管付出了相当大的努力，但对居住在地球上的物种的了解仍然有限。 已经描述了大约150万个物种，但还有更多物种尚未确定。 据估计，地球上物种总数从300万到1亿不等，最近的估计通常在800万至1,100万个物种之间。 2011年的一项研究表明，只有13％的真核生物物种（例如植物、动物、真菌和藻类）被命名（表\(\PageIndex{a}\) 对原核生物（例如细菌）数量的估计在很大程度上是猜测，但生物学家一致认为，科学才刚刚开始对其多样性进行分类。 实际上，布伦丹·拉森及其同事在2017年进行的一项研究估计，地球上实际上有10-60亿个物种，其中至少70％是细菌。 鉴于地球正在加速丧失物种，科学界对正在丧失的物种知之甚少。

    表\(\PageIndex{a}\)：按分类组划分的物种估计数量，包括已描述（命名和研究）和预测（尚未命名）的物种。
    生物体类型 Mora 等人，2011 年描述 Mora 等人 2011 年预测 查普曼 2009 描述了 查普曼 2009 年预测 Groombridge 和 Jenkins 格鲁姆布里奇和詹金斯 2002 年预测
    动物 1,124,516 9,920,000 1,424,153 6,836,330 1,225,500 10,820,000
    光合原生物（例如藻类） 17,892 34,900 25,044 200,500 没有数据 没有数据
    真菌 44,368 616,320 98,998 150,000 72,000 150,000
    植物 224,244 314,600 310,129 390,800 270,000 320,000
    非光合原生物 16,236 72,800 28,871 1,000,000 80,000 600,000
    原核生物 没有数据 没有数据 10,307 1,000,000 10,175 没有数据
    总计 1,438,769 10,960,000 1,897,502 10,897,630 1,657,675 13,240,000

    有各种举措以易于访问和更有组织的方式对描述的物种进行分类，而互联网正在促进这项工作。 尽管如此，按照目前的物种描述速度，根据观测物种状况报告，每年有17,000-20,000个新物种，描述目前存在的所有物种将需要将近500年的时间。 但是，随着时间的推移，这项任务变得越来越不可能，因为灭绝将物种从地球上移走的速度比它们所能描述的要快。

    考虑到人类的其他需求，命名和计算物种似乎并不重要，但这不仅仅是一种核算。 描述物种是一个复杂的过程，通过这个过程，生物学家可以确定生物体的独特特征以及该生物是否属于任何其他描述的物种。 它使生物学家能够在最初发现该物种后找到并识别该物种，以跟踪有关其生物学的问题。 随后的研究将产生使该物种对人类和我们的生态系统具有价值的发现。 如果没有名称和描述，多位科学家就无法以协调的方式深入研究一个物种。

    DNA 条形码

    分子遗传学和数据处理与存储的技术正在成熟，以一种易于使用的方式对地球物种进行分类几乎是可行的。 DNA条形码是一种分子遗传方法，它利用了某些细胞内部称为线粒体的特殊结构（图\(\PageIndex{a}\)）。 线粒体含有与细胞其余部分分开的DNA，线粒体DNA中的一个基因在进化过程中比普通DNA更快地发生变化。 虽然植物含有线粒体，但来自叶绿体（光合作用的特殊结构）的DNA通常带有条形码。 快速DNA测序技术使这项工作的分子遗传学部分相对便宜且快速。 计算机资源存储并提供大量数据。 目前正在开展项目，使用DNA条形码对博物馆标本进行编目，这些标本已经被命名和研究，并在研究较少的群体中测试该方法。 截至2012年年中，已有近15万个命名物种被条形码。 早期研究表明，有大量未描述的物种看起来过于像兄弟物种，以前被认为与众不同。 现在可以用 DNA 条形码来识别它们。

    花生形线粒体由外膜和内部折叠膜组成。
    图\(\PageIndex{b}\)：线粒体是真核细胞内部的特殊结构。 它们包含单独的 DNA，线粒体 DNA 包含一个快速进化的基因，用于 DNA 条形码。 图片由 Blausen.com 工作人员提供（2014 年）。 “2014年布劳森医疗画廊”。 维基医学杂志 1 (2)。 DOI：10.15347/wjm/2014.010。 ISSN 2002-4436。 (CC-BY)

    物种多样性的重要性

    健康的生态系统包含物种的多样性，每个物种在生态系统功能中都起着作用；因此，物种多样性和生态系统多样性对于维持生态系统服务至关重要。 例如，许多药物来自不同生物群产生的天然化学物质。 例如，许多植物产生的化合物旨在保护植物免受昆虫和其他食用它们的动物的侵害。 其中一些化合物也可以用作人体药物。 生活在陆地附近的当代社会通常对其所在地区生长的植物的药用用途有广泛的了解。 在欧洲，几个世纪以来，有关植物医疗用途的较早知识都汇编在草药中，这些书籍确定了植物及其用途。 人类不是唯一出于药用原因使用植物的动物。 其他大猿、猩猩、黑猩猩、bo 黑猩猩和大猩猩都被观察到会用植物自我用药。

    现代药物科学也认识到这些植物化合物的重要性。 源自植物化合物的重要药物的例子包括阿司匹林、可待因、地高辛、阿托品和长春新碱（图\(\PageIndex{c}\)）。 许多药物曾经来自植物提取物，但现在已经合成了。 据估计，曾经有25％的现代药物含有至少一种植物提取物。 随着天然植物成分被植物化合物的合成版本所取代，这一数字可能已降至约10％。 抗生素是主要来自真菌和细菌的化合物，是发达国家的健康和寿命显著改善的原因。

    这种马达加斯加长春花的花是浅粉色的。 它们周围环绕着椭圆形的叶子，具有明显的静脉。
    图\(\PageIndex{c}\)：马达加斯加长春花 Catharanthus ro seus 具有多种药用特性。 除其他用途外，它是长春新碱的来源，长春新碱是一种用于治疗淋巴瘤的药物。 （来源：Forest 和 Kim Starr）

    近年来，动物毒液和毒药激发了人们对其药用潜力的深入研究。 到2007年，FDA批准了五种基于动物毒素的药物，用于治疗高血压、慢性疼痛和糖尿病等疾病。 另有五种药物正在进行临床试验，至少有六种药物正在其他国家使用。 正在调查的其他毒素来自哺乳动物、蛇、蜥蜴、各种两栖动物、鱼、蜗牛、章鱼和蝎子。

    除了代表数十亿美元的利润外，这些药物还改善了人们的生活。 制药公司正在积极寻找可以用作药物的新天然化合物。 据估计，三分之一的药物研发花在了天然化合物上，1981年至2002年上市的新药中约有35％来自天然化合物。

    参考文献

    Brendan B. Larsen、Elizabeth C. Miller、Matthew K. Rhodes 和 John J. Wiens，“过度的喜爱成倍增加和再分配：地球上的物种数量和生命的新馅饼”，《生物学季刊》第 92 期，第 3 期（2017 年 9 月）：229-265。 DOI

    归因

    由 Melissa Ha 从以下来源修改：