魏辅文院士团队Current Biology：栖息地连通性推动大熊猫物种恢复 | Cell Press对话科学家
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2024年8月9日，江西农业大学及中国科学院动物研究所魏辅文院士团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Current Biology上以“Habitat connectivity drives panda recovery”为题发表研究论文。该论文首次综合运用了多种数据资源，对大熊猫分布范围内的栖息地斑块、种群密度和基因流动进行了全面评估，不仅揭示了大熊猫物种恢复的关键机制，还为其他濒危物种的恢复过程和机制研究提供了参考。江西农业大学校长魏辅文院士为本文通讯作者，王勐博士为本文第一作者，江西农业大学教授黄广平，密西西比州立大学教授王桂明、Andy Kouba，圣地亚哥动物园主任Ronald Swaisgood，南方海洋科学与工程广东省重点实验室研究员周文良，中国科学院动物研究所研究员胡义波、聂永刚参与了本项研究。
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全球范围的研究显示，大多数物种栖息地的丧失是不可逆转的，许多物种可能永远无法恢复到它们原有的分布范围，因此依赖人类保护的物种数量还在持续上升。目前我们对物种恢复路径的研究仍然很少。2016年，大熊猫（Ailuropoda melanoleuca）在物种保护方面取得了罕见的成就：国际自然保护联盟（IUCN）将其保护状态从“濒危”降级为“易危”。大熊猫在过去数十年取得的恢复成就，得益于科学研究与国家的保护干预。
濒危物种的恢复是一项复杂的过程，它依赖于适宜栖息地的改善和景观连通性的恢复。这些因素共同作用，能够提高物种的生存和繁殖成功率，最终导致种群分布范围扩张和数量增加。栖息地的增加和质量的提升，进而增强基因流动和/或扩大种群规模（从而减少遗传漂变的影响），直接影响遗传多样性。然而，目前很少有研究深入探讨保护干预和相关政策（例如减少人为干扰和进行栖息地景观管理）的协同效应、相互作用，以及它们对物种恢复的直接或间接影响。
本研究使用中国第三次和第四次全国大熊猫调查数据，结合整个熊猫分布区范围内粪便DNA采样得出的遗传信息来检验以下两个假设，以更好地理解大熊猫种群动态变化及其潜在恢复机制。首先，人类干扰的减少增加了大熊猫的种群密度：1）直接通过提高栖息地质量；2）间接通过增加栖息地数量和减少栖息地破碎化（图1 A）。
图1. 影响大熊猫种群密度变化的直接和间接因素。
其次，由保护工作介导的景观连通性的提高减少了种群近交衰退风险：1）直接通过基因流动；2）间接通过增加种群密度（图2 A）。
图2. 景观连通性对大熊猫种群近交的直接和间接影响。
以上假设探讨了保护措施如何通过减少人为干扰和增强大熊猫种群、栖息地及景观连通性，对种群密度和基因流动产生的直接和间接影响。
本研究结果表明，全国大熊猫调查在使用咬节法估计种群数量时系统性地有所低估，但这种方法在熊猫密度较低的区域更为准确。作为森林恢复的产物，大熊猫栖息地内的小生境斑块正发挥着重要作用。这些较小的生境斑块，不仅在恢复栖息地连通性方面发挥着关键作用，还在一定程度上推动了种群分布范围的扩展（图3）。
图3. 第三次和第四次全国大熊猫调查期间大熊猫适宜栖息地变化。
具体来说，它们可以充当“垫脚石”，帮助个体穿越栖息地潜在廊道进行迁移，这不仅促进了种群间的基因流动，还显著降低了近交所导致的种群遗传衰退风险。本研究进一步表明，上述栖息地恢复过程与中国在减少人类干扰、提高大熊猫栖息地质量和减少栖息地破碎化方面的努力密不可分，并直接导致了大熊猫种群密度的增加（图1）。通过增强景观连通性和基因流动，有助于降低大熊猫种群近交衰退的风险。然而，在一些高密度区域，近交衰退的风险可能会暂时增加（图2 B）。目前大熊猫的恢复进程在地理分布上还不均匀，一些地区仍然面临生态位限制以及地质灾害后栖息地重建等问题。但我们的研究表明，目前相关保护措施已经改善了栖息地连通性和种群基因流动。如果这一系列举措能够得以持续，大熊猫这一物种的恢复进程将会更少地受制于遗传多样性丧失的阻碍。本研究不仅将帮助指导大熊猫的保护管理，还将提供一个范例，即展示如何通过深入分析物种恢复背后的生态与遗传过程，为濒危物种的恢复制定提供更为科学和有效的方法策略。
本研究受到了国家自然科学基金和江西省自然科学基金重点研发项目等项目的资助。
作者专访
Cell Press细胞出版社公众号特别邀请魏辅文院士进行了专访，为大家进一步详细解读。
CellPress：
本研究的新颖性在什么地方？
魏辅文院士：
我们的研究首次整合了大熊猫遗传、种群及其栖息地信息进行分析，为物种恢复的过程和机制提供了新的见解。除了验证并调整了国家调查给出的大熊猫种群数量估计外，我们还评估了恢复可用栖息地、连通性和基因流动的保护干预措施的有效性。我们发现大熊猫种群及其栖息地的恢复普遍呈现积极趋势。我们进一步扩展了这些发现，即验证了栖息地面积和连通性的增加、人为干扰的减少能够直接或间接促进了大熊猫种群密度的增长。此外，我们还揭示了，那些通常作为森林恢复产物的较小栖息地斑块，对于栖息地连通性、种群扩张以及通过栖息地廊道的个体迁移起到了积极作用，这不仅改善了景观基因流动，还有效降低了近交带来的遗传衰退风险。
CellPress：
接下来大熊猫保护工作的重点在哪里？
魏辅文院士：
大熊猫的分布区范围内包含33个较为破碎的局域种群。其中包含18个数量少于10只的孤立的小种群（占野生熊猫总数量的55%），只有7个局域种群（占20%）拥有超过50只大熊猫（占总数量的约45%）。将一个物种的保护状态从“濒危”下调至“易危”无疑是值得庆祝的，但目前仍有相当一部分个体生活在破碎化的栖息地当中，如果局部灭绝的频率超过了重新定殖的频率，那么种群可能会进入到一种非平衡状态，这极有可能威胁到当下的种群增长趋势，甚至会因近交的加剧而进一步恶化。因此，需要对大熊猫小种群背后的生态和种群遗传机制进行研究，制定下一阶段的大熊猫种群及栖息地保护恢复规划。
CellPress：
本研究对于其他物种保护有什么借鉴意义？
魏辅文院士：
我们认为，中国政府为恢复大熊猫种群所采取的方法可以作为其他物种和生态系统保护的典范。栖息地的丧失和破碎化，通常是由于人类活动干扰所致，这已成为地球上众多物种面临的共同威胁。因此，中国为恢复大熊猫所采取的保护措施具有广泛的适用性，可以推广到其他目标物种的保护工作中。这些措施包括建立庞大的保护区系统、栖息地保护和恢复、以及生态补偿机制的建立，以激励私人或集体土地上的森林恢复，进而提高孤立小种群间的连通性。
作者介绍
魏辅文
院士
魏辅文，中国科学院院士，发展中国家科学院院士。主要从事大熊猫、小熊猫等濒危动物保护生物学研究。率先将种群基因组学、宏基因组学、比较基因组学等新技术引入到大熊猫研究中，阐明了大熊猫的种群历史、濒危过程及演化潜力；揭示了大熊猫在食性转换和特化历程中如何在形态、行为、生理、遗传和肠道微生物等方面产生适应性演化的规律；阐明了栖息地破碎化导致大熊猫孤立小种群崩溃的机制，推动了国家大熊猫放归和栖息地廊道建设工程的实施。首次提出“保护演化生物学”和“保护宏基因组学”新分支学科。重要代表性研究成果分别发表在Science, Nature, Nature Genetics, PNAS, Current Biology, Molecular Biology and Evolution, National Science Review, Science China Life Science, Innovation等期刊上，得到Nature、Science等著名期刊和Discovery频道、BBC、路透社等知名媒体广泛报道和评述。
王勐
博士
王勐博士，师从魏辅文院士。主要研究大熊猫个体运动、种群动态以及栖息地恢复，发现了大熊猫季节性迁移和稳定巢域重叠的“空间记忆”行为和雄性留居的“种群社交网络”；全面评估了大熊猫这一物种的栖息地斑块、种群密度及基因流恢复现状。研究成果发表在Science, Current Biology, Science Advances, Cell Reports, National Science Review, Science of the Total Environment, Zoological Research,Diversity and Distributions, Movement Ecology,Ecology and Evolution等期刊。
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Current Biology，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
▌论文标题：
Habitat connectivity drives panda recovery
▌论文网址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982224009400
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.037
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