园上承大学 HANGHAI LAO TONG LWNIVERSITY 上海交通大学通识立项核心课程作业 上海交通大学通识立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BI913班级号：F1107101 姓名：胡竞雯学号：5112409035专业：数学与应用数学 阅读与理解 Gaston K.J,Global patterns in biodiversity,Nature,2000,405:200-227 物种多样性的全球分布格局 前言： To a first approximation,the distribution of biodiversity across the Earth can be described in terms of a relatively small number of broad-scale spatial patterns.Although these patterns are increasingly well documented,understanding why they exist constitutes one of the most significant intellectual challenges to ecologists and biogeographers.Theory is,however,developing rapidly, improving in its internal consistency,and more readily subjected to empirical challenge. 根据初始数据的估计，物种多样性在全球的分布可以依据为数较少的大尺度空间格局来划 分。尽管分布格局逐步完善，对于生态学家和生物地理学家来说，理解为什么会存在这些格局仍 是他们最大的智力挑战。在快速发展该理论的同时，科学家们也致力于加强理论的内部一致性， 并使之能通过实证检验。 正文： 1背景知识 生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观生物多样性。其中，物种 多样性是生物多样性的中心，指的是地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度，常用一 定空间范围内物种数量和分布特征来衡量。因此，物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度 的一个客观指标。 而生物多样性在地球上的分布是随地理位置不同而不同的，例如潮湿的热带雨林和珊瑚礁就 具有大量的物种。通过对物种多样性的统计、分类、对比，人们已经掌握了物种多样性的地理分
上海交通大学通识立项核心课程作业 上海交通大学通识立项核心课程 课程名称：生物技术与人类 课程号： BI913 班级号： F1107101 姓名： 胡竞雯 学号： 5112409035 专业： 数学与应用数学 阅读与理解 Gaston K.J, Global patterns in biodiversity, Nature, 2000, 405:200-227 物种多样性的全球分布格局 前言： To a first approximation, the distribution of biodiversity across the Earth can be described in terms of a relatively small number of broad-scale spatial patterns. Although these patterns are increasingly well documented, understanding why they exist constitutes one of the most significant intellectual challenges to ecologists and biogeographers. Theory is, however, developing rapidly, improving in its internal consistency, and more readily subjected to empirical challenge. 根据初始数据的估计，物种多样性在全球的分布可以依据为数较少的大尺度空间格局来划 分。尽管分布格局逐步完善，对于生态学家和生物地理学家来说，理解为什么会存在这些格局仍 是他们最大的智力挑战。在快速发展该理论的同时，科学家们也致力于加强理论的内部一致性， 并使之能通过实证检验。 正文： 1 背景知识 生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观生物多样性。其中，物种 多样性是生物多样性的中心，指的是地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度，常用一 定空间范围内物种数量和分布特征来衡量。因此，物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度 的一个客观指标。 而生物多样性在地球上的分布是随地理位置不同而不同的，例如潮湿的热带雨林和珊瑚礁就 具有大量的物种。通过对物种多样性的统计、分类、对比，人们已经掌握了物种多样性的地理分
上泽充大学 LANGHAI JAO TONG LWNIVERSIT 上海交通大学通识立项核心课程作业 布特征，能从维度、海拔等因素入手，寻找物种多样性的地理分布规律率。而在1990到2000 年（论文发表年份）间，生态学家和生物地理学家一直致力于研究产生这些地域分布规律的内在 原因，“为什么会产生物种多样性的去全球分布格局？”也是科学界面临的意个重大和具有挑战性 的问题。 在过去的研究过程中，人们发现物种的全球分布格局可以分成几个大范围模块，模块的总数 并不多。研究过程中，传统的研究方法，即通过已有的物种数据和统计分析方法制作分布图表， 使用遥感技术来探测植被以及其他环境因素，有了更多的成长空间。而研究的成果也让人们对物 种多样性的未来产生了担忧，研究人员希望对目前状态进行鉴定，进而预测物种多样性受全球环 境变化影响。想要解决这些问题，就得解决生态学领域物种分布得出的正面结论和土地使用、环 境变化模型得出的负面结论之间的历史性错配。 过去的研究已经表明，物种多样性在生态学层面和生物地理学层面都受到许多因素的影响， 例如生态学层面的当地和区域之间的关系，生物地理学层面的纬度、经度、隔离、生产力、能量、 干旱等等。而过去的研究也大多从物种角度来研究生物多样性，在基因、生态系统多样性角度的 研究成果较少。 本文基于前人的研究成果，将从纬度梯度上的生物多样性、物种能量关系、地区和区域多样 性以及物种类别间协同关系四个角度分别探讨其生物多样性变化规律及其原因。当然，在讨论过 程中，也需要始终保持一个思想，就是不可能通过单一的机制来解释物种多样性，各因素自身、 彼此之间都有着错综复杂的关系和影响。 2文章亮点 通过阅读本文，以及对比其它相关文献，笔者认为本文具有以下亮点： 2.1角度新颗 首先，无论是教学过程还是研究过程，大部分对于物种多样性的讨论都集中于纬度、海 拔等因素对物种多样性分布的影响，侧重于揭示生物多样性全球分布的分布状态。而本文除 了对已知规律进行概括和梳理，还深入探究为什么会产生这种分布情况。 在探究分布情况产生原因的时候，也并不局限于简单的假说，而是试图通过统计分析方 法，去除偶然性和因素间的相关性，试图剥离其他因素干扰从而更清晰地看到各因素对物种 多样性的决定作用。 这一切入点既尊重了过去的研究成果，又提出了心的角度，同时这一新的深层次角度也 是问题所在的生态学和生物地理学领域的核心问题，具有挑战性。 2.2结构清晰 作为一篇完整的论文，作者完成了前言、正文逻辑顺序展开以及最后结论总结的规范框 架。除此之外，本文的亮点在于正文部分的顺序，作者的核心讨论问题虽然是产生多样性分
上海交通大学通识立项核心课程作业 布特征，能从维度、海拔等因素入手，寻找物种多样性的地理分布规律率。而在 1990 到 2000 年（论文发表年份）间，生态学家和生物地理学家一直致力于研究产生这些地域分布规律的内在 原因，“为什么会产生物种多样性的去全球分布格局？”也是科学界面临的意个重大和具有挑战性 的问题。 在过去的研究过程中，人们发现物种的全球分布格局可以分成几个大范围模块，模块的总数 并不多。研究过程中，传统的研究方法，即通过已有的物种数据和统计分析方法制作分布图表， 使用遥感技术来探测植被以及其他环境因素，有了更多的成长空间。而研究的成果也让人们对物 种多样性的未来产生了担忧，研究人员希望对目前状态进行鉴定，进而预测物种多样性受全球环 境变化影响。想要解决这些问题，就得解决生态学领域物种分布得出的正面结论和土地使用、环 境变化模型得出的负面结论之间的历史性错配。 过去的研究已经表明，物种多样性在生态学层面和生物地理学层面都受到许多因素的影响， 例如生态学层面的当地和区域之间的关系，生物地理学层面的纬度、经度、隔离、生产力、能量、 干旱等等。而过去的研究也大多从物种角度来研究生物多样性，在基因、生态系统多样性角度的 研究成果较少。 本文基于前人的研究成果，将从纬度梯度上的生物多样性、物种能量关系、地区和区域多样 性以及物种类别间协同关系四个角度分别探讨其生物多样性变化规律及其原因。当然，在讨论过 程中，也需要始终保持一个思想，就是不可能通过单一的机制来解释物种多样性，各因素自身、 彼此之间都有着错综复杂的关系和影响。 2 文章亮点 通过阅读本文，以及对比其它相关文献，笔者认为本文具有以下亮点： 2.1 角度新颖 首先，无论是教学过程还是研究过程，大部分对于物种多样性的讨论都集中于纬度、海 拔等因素对物种多样性分布的影响，侧重于揭示生物多样性全球分布的分布状态。而本文除 了对已知规律进行概括和梳理，还深入探究为什么会产生这种分布情况。 在探究分布情况产生原因的时候，也并不局限于简单的假说，而是试图通过统计分析方 法，去除偶然性和因素间的相关性，试图剥离其他因素干扰从而更清晰地看到各因素对物种 多样性的决定作用。 这一切入点既尊重了过去的研究成果，又提出了心的角度，同时这一新的深层次角度也 是问题所在的生态学和生物地理学领域的核心问题，具有挑战性。 2.2 结构清晰 作为一篇完整的论文，作者完成了前言、正文逻辑顺序展开以及最后结论总结的规范框 架。除此之外，本文的亮点在于正文部分的顺序，作者的核心讨论问题虽然是产生多样性分
上泽充大学 HANGHAI JIAO TONG LNIVERSITY 上海交通大学通识立项核心课程作业 布规律的原因，正文的分类讨论却并不依据原因假说，而是根据现有的分布规律因素。这样 的好处在于符合当时的研究思路，例如人们已熟知的纬度、地区地域、物种间关系等对分布 规律产生影响的因素。在每一部分里，文章首先阐述规律，做适当说明，之后再具体讨论规 律产生的原因。 这种循序渐进又符合逻辑思维的清晰结构在我看来也是文章的亮点之一。 2.3引入数理统计方法 本文是生物论文，并未涉及高深的数学方法，但在统计方法、图表展示、逻辑论述的过 程中，却将统计技巧和数学思想运用得很好，成为文章的亮点之一。 文章中一共出现四张图，分别是降水、纬度、海拔、面积与物种多样性的关系图(Figure:1), 能量（蒸发量、温度）与物种数量关系图(Figure2),地区与地域物种数量函数图(Figure3) 以及物种间物种丰富度关系图(Figure4)。这四张图直观地描述了实证结果，加强读者对文 章背景的理解，而一些图表中出现的异常点或者不合规律处也成为了作者重点说明的要点之 在分析数据和图形过程中，作者注意到了控制变量和偶然性这两个统计要点。控制变量 的一个核心体现在于分类学物种丰富度之间的影响(Taxonomic covariance in species richness)。在考虑这个问题时，很难将不同种类分开来考虑，因为他们生活在同一各地区， 在这个状态、变化都相同的大环境下，如何将他们剥离出来分析相关性是一个问题。虽然有 些实验结果能够控制变量，但从第4张图中仍可以看出，相关性分析结果并不理想。 在阐述地区和地域物种丰富度关系(Relationships between local and regional richness) 时，作者运用数学中函数和集合论的思想来理解两者的关系，即地区作为地域的一部分，在 初步设想中，其物种丰富度可能与地域物种丰富度同比例增长(Type1),也可能存在一个 上限，及增长速度不如地域物种丰富度(Type2)。分析了这两种可能情况之后，再进一步 从生物与环境关系的角度分析两种关系曲线可能的原因。 2.4结论客观 首先，在研究生物多样性的过程中，大多数研究集中于物种多样性，希望通过物种种类 的多少来代表生物多样性。而本文作者在开篇便提出生物多样性不局限于物种多样性，还有 基因多样性和生态系统多样性，指出这是研究的一个偏向和漏洞。 在全篇中，作者也多次提及生物多样性的影响因素本身及因素之间都不是一个单一的机 制，因素本身的特殊情况，因素间的相互影响都需要进行慎重仔细的考虑。在实证研究并不 完全符合假说规律的时候，作者也客观公正地阐明了逻辑观点，以及可能存在的问题。 2.5具有思考和应用价值 作为一篇生物文章，作者除了理论和实证的内容，还在文章中多次提到这一研究成果对 研究环境变化对物种多样性影响这一问题的帮助。对于人们关心的物种入侵、灭亡、疾病传
上海交通大学通识立项核心课程作业 布规律的原因，正文的分类讨论却并不依据原因假说，而是根据现有的分布规律因素。这样 的好处在于符合当时的研究思路，例如人们已熟知的纬度、地区地域、物种间关系等对分布 规律产生影响的因素。在每一部分里，文章首先阐述规律，做适当说明，之后再具体讨论规 律产生的原因。 这种循序渐进又符合逻辑思维的清晰结构在我看来也是文章的亮点之一。 2.3 引入数理统计方法 本文是生物论文，并未涉及高深的数学方法，但在统计方法、图表展示、逻辑论述的过 程中，却将统计技巧和数学思想运用得很好，成为文章的亮点之一。 文章中一共出现四张图，分别是降水、纬度、海拔、面积与物种多样性的关系图（Figure1）， 能量（蒸发量、温度）与物种数量关系图（Figure2），地区与地域物种数量函数图（Figure3） 以及物种间物种丰富度关系图（Figure4）。这四张图直观地描述了实证结果，加强读者对文 章背景的理解，而一些图表中出现的异常点或者不合规律处也成为了作者重点说明的要点之 一。 在分析数据和图形过程中，作者注意到了控制变量和偶然性这两个统计要点。控制变量 的一个核心体现在于分类学物种丰富度之间的影响（Taxonomic covariance in species richness）。在考虑这个问题时，很难将不同种类分开来考虑， 因为他们生活在同一各地区， 在这个状态、变化都相同的大环境下，如何将他们剥离出来分析相关性是一个问题。虽然有 些实验结果能够控制变量，但从第 4 张图中仍可以看出，相关性分析结果并不理想。 在阐述地区和地域物种丰富度关系（Relationships between local and regional richness） 时，作者运用数学中函数和集合论的思想来理解两者的关系，即地区作为地域的一部分，在 初步设想中，其物种丰富度可能与地域物种丰富度同比例增长（Type1），也可能存在一个 上限，及增长速度不如地域物种丰富度（Type2）。分析了这两种可能情况之后，再进一步 从生物与环境关系的角度分析两种关系曲线可能的原因。 2.4 结论客观 首先，在研究生物多样性的过程中，大多数研究集中于物种多样性，希望通过物种种类 的多少来代表生物多样性。而本文作者在开篇便提出生物多样性不局限于物种多样性，还有 基因多样性和生态系统多样性，指出这是研究的一个偏向和漏洞。 在全篇中，作者也多次提及生物多样性的影响因素本身及因素之间都不是一个单一的机 制，因素本身的特殊情况，因素间的相互影响都需要进行慎重仔细的考虑。在实证研究并不 完全符合假说规律的时候，作者也客观公正地阐明了逻辑观点，以及可能存在的问题。 2.5 具有思考和应用价值 作为一篇生物文章，作者除了理论和实证的内容，还在文章中多次提到这一研究成果对 研究环境变化对物种多样性影响这一问题的帮助。对于人们关心的物种入侵、灭亡、疾病传
上泽充大学 LANGHAI JAO TONG LWNIVERSIT 上海交通大学通识立项核心课程作业 播、环境变化等生态问题，这一研究成果也有借鉴意义。 3读后感 作为一名数学系的学生，远离生物课程有一些时日了，在读完这篇论文后，仍觉获益匪浅。 首先，这篇论文涉及的生物背景知识并不太难。记得以前读过一些遗传学的课本和论文，涉 及的专业知识很多，由于基因、DNA等涉及微观世界而与现实脱离较远，且前沿性强，总觉得 不是那么容易接受和理解。但是这篇涉及生态学的文章，一些基本概念例如动植物分类、物种多 样性等，在高中生物课本中有所接触，而纬度、海拔等宏观世界的变量，也让人能很快理解。再 加上网上pf版本有彩图，在阅读过程中，除了一些专业术语，以及英文学术论文中长难句句意 判断的问题，总体还算顺利。 在文章涉及的内容方面，还是非常有趣的。生物多样性，虽然是一个生物学术语，却与我们 生活息息相关。在平时也会关心国家和世界大事，地球环境变化、污染事件、杀害动物等新闻总 是能抓住我的眼球。在读完这篇文章后，我对生物多样性有了更多的理解，例如，我开始明白为 什么许多动植物的纪录片都取景在热带雨林，为什么我国云南的动植物种类多，以及为什么同样 是一座山农田、民居、自然保护区的建立会有不同的选择等等。 另一个让我觉得很有意思的地方，是文章的分析思想。作为数学系学生，我学习过概率论、 数理统计和多元统计，在课程中我学习了一些多变量分析计算方法，却并不知道如何在实际中使 用。文章中图形的选择（多元关系分布图），数据的处理(I、Iog等特殊函数处理)让我感受 到了数学方法的应用价值，而文章在分析地区与地域关系(local and regional relationship)时， 关于两者包含关系、函数化表示的思想，也让我觉得非常亲切。关于文章最后提到的很难在大环 境下剥离出两个变量进行分析Taxonomic covariance,这个统计学中大量篇幅论证、解决的多变 量问题相似，让我产生了一些思考，并希望能在后续学习中掌握或者分析出更好的解决方法。 总之，非常感谢老师推荐了这样一篇好文章，并让我通过课堂作业的形式完成阅读和思考， 这会是我的一份珍贵的积累。也感谢助教老师对课程、作业的付出，谢谢！ 参考文献： 1.Gaston K.J.Global,patterns in biodiversity,Nature,2000,405:200-227 2.Gaston,K.J.Biodiversity-latitudinal gradients.Prog.Phys.Geogr.20,466-476(1996) 3. 陈阅增，陈阅增普通生物学，第二版，北京：高等教育出版社，2005,370 4.孙振钧，基础生态学，北京：化学工业出版社，2007,212 5.张雨川，生态学，四川：四川科学技术出版社，1988,54
上海交通大学通识立项核心课程作业 播、环境变化等生态问题，这一研究成果也有借鉴意义。 3 读后感 作为一名数学系的学生，远离生物课程有一些时日了，在读完这篇论文后，仍觉获益匪浅。 首先，这篇论文涉及的生物背景知识并不太难。记得以前读过一些遗传学的课本和论文，涉 及的专业知识很多，由于基因、DNA 等涉及微观世界而与现实脱离较远，且前沿性强，总觉得 不是那么容易接受和理解。但是这篇涉及生态学的文章，一些基本概念例如动植物分类、物种多 样性等，在高中生物课本中有所接触，而纬度、海拔等宏观世界的变量，也让人能很快理解。再 加上网上 pdf 版本有彩图，在阅读过程中，除了一些专业术语，以及英文学术论文中长难句句意 判断的问题，总体还算顺利。 在文章涉及的内容方面，还是非常有趣的。生物多样性，虽然是一个生物学术语，却与我们 生活息息相关。在平时也会关心国家和世界大事，地球环境变化、污染事件、杀害动物等新闻总 是能抓住我的眼球。在读完这篇文章后，我对生物多样性有了更多的理解，例如，我开始明白为 什么许多动植物的纪录片都取景在热带雨林，为什么我国云南的动植物种类多，以及为什么同样 是一座山农田、民居、自然保护区的建立会有不同的选择等等。 另一个让我觉得很有意思的地方，是文章的分析思想。作为数学系学生，我学习过概率论、 数理统计和多元统计，在课程中我学习了一些多变量分析计算方法，却并不知道如何在实际中使 用。文章中图形的选择（多元关系分布图），数据的处理（ln、log 等特殊函数处理）让我感受 到了数学方法的应用价值，而文章在分析地区与地域关系（local and regional relationship）时， 关于两者包含关系、函数化表示的思想，也让我觉得非常亲切。关于文章最后提到的很难在大环 境下剥离出两个变量进行分析 Taxonomic covariance，这个统计学中大量篇幅论证、解决的多变 量问题相似，让我产生了一些思考，并希望能在后续学习中掌握或者分析出更好的解决方法。 总之，非常感谢老师推荐了这样一篇好文章，并让我通过课堂作业的形式完成阅读和思考， 这会是我的一份珍贵的积累。也感谢助教老师对课程、作业的付出，谢谢！ 参考文献： 1. Gaston K.J. Global, patterns in biodiversity, Nature, 2000, 405:200-227 2. Gaston, K. J. Biodiversity — latitudinal gradients. Prog. Phys. Geogr.20,466–476 (1996) 3. 陈阅增, 陈阅增普通生物学, 第二版, 北京: 高等教育出版社, 2005, 370 4. 孙振钧, 基础生态学, 北京: 化学工业出版社, 2007, 212 5. 张雨川, 生态学, 四川: 四川科学技术出版社, 1988, 54
