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小熊猫(Ailurus fulgens)隶属食肉目,但其食性发生了巨大改变,从肉食性转化成几乎完全植食,高度特化的采食竹子。这一独特的进化特征决定着其在科学研究上的重要性。小熊猫分布于喜马拉雅-横断山脉区域,是一种濒临灭绝的哺乳动物。现生小熊猫种群密度低,主要栖息于尼泊尔、印度、不丹、缅甸和中国西南部高海拔山区的不同竹种的竹林斑块中。其中,喜马拉雅亚种(A.f.fulgens)主要分布在西部区域,而中国亚种(A.f.styani)则主要栖息在东部区域。栖息地丧失、退化和破碎化,以及偷猎非法贸易是其种群数量下降的主要原因,目前野外种群数量仅剩约10,000只。上述这些因素加快了野生种群的下降速度,目前这个物种已被IUCN列为濒危等级。早期关于小熊猫的研究主要集中在圈养种群上,近期越来越多的研究集中在野生种群上。大部分关于小熊猫的研究是在中国开展的,特别是分子生态学相关的研究;而在小熊猫分布区的其他国家,主要开展的是关于小熊猫分布和栖息地调查的研究。与其他国家相比,中国和尼泊尔的小熊猫分布海拔范围较广(2000-3800m)。目前大多关于小熊猫的研究也是在这两个国家进行,然而在其他国家这方面的研究却很少,甚至很多方面都是研究空白。由于在小熊猫分布国家开展的科学研究仍然很有限,因此阻碍了对小熊猫开展有效的保护。目前,对小熊猫整个分布区域的潜在栖息地的调查和研究仍然是一个空白,这阻碍了对物种开展整体的、有效的保护。有竹子分布的亚热带和温带森林及其它相关变量(如高的竹林覆盖度、灌木、郁闭度、高的倒木密度、陡坡和邻近水源等)是小熊猫栖息地的重要生态因子。为了物种长期的生存和更好的栖息地管理,有必要在微生境和景观水平理解这些生态学上重要的栖息地变量的影响,而早期关于这两个水平的研究都是非常缺乏的。以往的分子生物学研究发现,中国小熊猫种群具有较高的遗传多样性和相对稳定的种群动态,但对小熊猫整个分布区的种群动态、系统地理学和遗传结构的详细评估还不甚清楚。此外,由于缺乏整个分布范围内的不同种群的遗传信息,尤其是喜马拉雅亚种的遗传信息,目前对小熊猫亚种的界定和地理边界的划分尚不清楚。尼泊尔小熊猫种群是小熊猫西部生物地理分布范围内破碎化景观中的一个小种群。为了对小熊猫进行有效的保护,本研究旨在建立一个预测整个小熊猫分布范围潜在栖息地适宜性的模型,理解生物气候变量的影响,鉴定生态栖息地协变量,评估其遗传多样性和种群遗传结构。研究方法主要包括MaxEnt建模、野外实地考察(样线法、样方法和粪便样品采集)以及进行遗传多样性评估的分子分析。此外,本研究还结合遗传信息和物种分布模型分析了更新世气候波动对现生种群遗传多样性的影响。因此,小熊猫是研究喜马拉雅区域更新世气候波动和地理复杂性对遗传多样性影响的最佳模型。总之,这项研究为我们提供了喜马拉雅小熊猫种群的潜在栖息地分布、关键生态栖息地变量和遗传基础数据等各个方面的信息。 在最大熵算法(MaxEnt3.3.3k)中,利用中国亚种和喜马拉雅亚种两个小熊猫亚种的所有出现记录、最小相关的生物气候变量和地形变量来构建当前的适宜栖息地模型。基于10%的阈值,估计全球适宜小熊猫生存的潜在栖息地约为134,975平方公里,其中中国小熊猫栖息地占总预测栖息地的61.24%,尼泊尔占15%,缅甸占9%,不丹占9%,印度占5%。而目前的保护区只覆盖了28%的小熊猫栖息地,表明当前的保护区网络保护能力不足。在所有受保护的栖息地中,不丹小熊猫栖息地受保护比例最高,占总潜在栖息地的43.5%,依次是缅甸(38.52%)、尼泊尔(35%)、印度(32.6%)和中国(22.33%)。两个亚种存在自己特有的气候空间,其中东部种群分布的限制因素是与温度相关的变量,而西部种群分布限制因素是与降水相关的变量。年度降水量(BIO12)和最热月份的最高气温(BIO5)分别是小熊猫喜马拉雅亚种和中国亚种栖息地适宜性的主要预测因子。在大区域模型预测中,气候变量的影响大于地形变量。为了鉴定影响小熊猫出现的重要栖息地变量,本研究在尼泊尔全国范围的小熊猫栖息地,包括四个保护区和一个集体管理的森林,共收集到81条样线(其中西部33条,中部27条,东部21条)和320个样点(其中西部120个,中部110个,东部90个)的栖息地变量数据。将所有收集到的环境变量分为气候、地理、栖息地和干扰因素等类型。研究发现,小熊猫分布海拔在2400~3800米(平均3200±300米)之间,主要在东北面坡向(28%)。森林地面是小熊猫最偏好的排便地,最高记录频率的出现是在冷杉林。小熊猫的出现频率在海拔、基质利用、坡向和森林类型等方面存在显著差异。多因素分析(MFA)显示,气候、地理和栖息地等因素对小熊猫出现频率影响很大,而人为干扰的影响最小。因素1解释了12.2%的数据变异,因素2解释了7.4%的数据变异。MFA的4个因素对预测小熊猫出现频率有显著意义。通过检验分类群中单个变量的影响发现,森林类型、郁闭度、基质利用和竹林覆盖度对预测研究区小熊猫的出现有较高的贡献率,这些变量对研究小熊猫与栖息地的关系具有显著的生态学意义。MFA分析显示混合阔叶林、东喜马拉雅橡树桂树林、森林郁闭度度>20%、地面基质利用、竹林覆盖度>20%、树桩的存在、小树倒木和无放牧等栖息地环境因子在定性分组中贡献较大。与此同时,海拔、远离居民点和道路、靠近水源、年气温幅度、平均日照差以及年降水量是定量分组的重要变量。 为了解小熊猫的遗传多样性和种群遗传结构,本研究使用了mtDNA控制区(CR)和12个多态性微卫星位点对所有样品进行分析。利用单倍型多样性和微卫星杂合度来估计小熊猫种群的遗传变异,利用贝叶斯聚类方法STRUCTURE来评估群体遗传结构,使用BOTTLENECK中的杂合度检验评估最近的种群瓶颈。基于12个微卫星位点,从来自13个地点的样品中共鉴定出35只个体,分布几乎遍布整个尼泊尔。微卫星结果显示,尼泊尔小熊猫具有相对低的遗传多样性(期望杂合度=0.69)和高的近交水平。基于mtDNA的结果检测到中等的单倍型多样性(h=0.856±0.021)和低的核苷酸多样性(π,0.00521±0.0005)。基于mtDNA和微卫星,成对种群间的FST分别在0.09~0.42和0.08~0.55之间变化,表明种群间存在较高的遗传分化。对4个种群的分子变异分析表明,种群间变异为31%,个体间变异为51%。基于微卫星的贝叶斯聚类确定了西部和东部两个主要的遗传种群,支持古生物分布模型中末次间冰期(LIG)气候波动促使了种群的分化。此外,STRUCTURE分析进一步确定了东部种群可分为三个亚种群:中部,东部Ⅱ和Ⅰ,由沿着喜马拉雅北坡发源的大型河流及沿岸的近期人类活动所致。推断显示小熊猫种群近期经历了遗传瓶颈。比较整个尼泊尔范围内的遗传多样性,西部种群具有较少的单倍型和较低的遗传多样性。 综上所述,本研究提供了关于整个小熊猫分布范围内潜在栖息地的适宜性、影响小熊猫出现的环境变量、遗传多样性、种群结构、更新世气候波动和近期人类活动对小熊猫遗传格局的影响等重要的基础数据。从这项研究中获得的遗传信息对控制和监测喜马拉雅山区野生小熊猫的非法贸易和偷猎具有非常重要的帮助。系统的文章综述为小熊猫生态学提供了最新的研究和保护方法,并为野生种群的有效保护管理提出了未来的方向与建议。中国存在着目前最多的小熊猫栖息地,开展了高质量的科学研究和拥有众多经验丰富的领域内专家,建议以中国为中心建立一个涉及所有小熊猫分布国家参与合作的共同保护和研究关系。此外,对小熊猫的移动行为、稳定同位素、肠道微生物、遗传和疾病等方面的研究也是今后的研究重点。