跨越三千万年历史长河 中国学者在Nature上绘出一幅浓墨重彩的生命之树

【字体: 时间:2018年02月02日 来源:生物通

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  “我们认为这项研究的重要性超出了植物生物学的范围,可以延伸到其他生物和地球其他地区的研究上。我们所采用的方法和结论也将有助于引起科学家和公众对生物多样性保护的广泛关注。”

  



新的研究表明,中国东部是一个花卉“博物馆”,有着丰富的古老种群,而西部则更像是进化的“摇篮”,在这里有许多新品种出现。

 

由多国科学家组成的国际团队绘制出中国3万种开花植物物种之间的进化关系,揭示了中国这一区域被子植物系统发育多样性形成的时空格局。研究指出中国东部地区是一个花卉“博物馆”,有着丰富的古老种群,而西部地区则更像是进化的“摇篮”,在这里有许多新品种出现。

这是针对中国所有开花植物物种或称被子植物(angiosperms)制作了第一个物种水平的生命之树,也是第一个显示了新物种何时出现的生命之树,科学家们利用140万个博物馆标本绘制了它们的分布图。同时研究也表明人口密集的东部地区需要进行更多的保护工作,这里有许多濒危的植物物种和国家最重要的生物多样性热点地区。

这一研究成果公布在2月1日国际著名学术期刊Nature上,文章的通讯作者为植物研究所陈之端研究员,植物所外籍特聘研究员、美国佛罗里达大学教授Pamela S. Soltis和Douglas E. Soltis,以及美国霍普学院教授Jian-Hua Li。第一作者为植物研究所鲁丽敏、刘冰、叶建飞、杨拓、李洪雷、孙苗,以及南京林业大学的毛岭峰。


陈之端研究员

Soltis表示,如果建立东部跨省区的自然保护区和国家公园,就能更加系统地保护该区域的植物谱系和依赖它们的动物。“保护不仅仅是保护物种数量,还要保护进化的多样性和进程。只关注一个地区有多少物种,而不是它们与其它系谱的差异,可能会错过生命之树的重要部分,这两者都是生物多样性的关键检测标准。这项研究填补了中国目前保护战略中缺失的一块。”

丰富的多样性

中国拥有约10%的世界开花植物物种,超过美国的被子植物种类数量3.5倍。其多样化的地理和气候有助于植物形成丰富的生物多样性。从东到西,逐渐由温暖的丘陵,低地和平原地带过渡为西部崎岖的山脉,沙漠和世界最高的高原——青藏高原。

与北美和欧洲不同的是,中国在冰河时期(大约258万年到11700年前)没有经历过这一时期大幅度的生态更替,因此古老的植物谱系在东部依然存活了下来,也出现了不断变化的植物群落,相互覆盖。

佛罗里达博物馆的Doug Soltis表示:“中国没有经历过这种大规模的灾难性事件。这使得它比起北半球来说更像是一个博物馆。”

由于印度与欧亚大陆的碰撞,西部青藏高原隆起,开辟了无数的新生境,创造了一个凉爽,干燥的西部气候,从而推动了该地区新物种的进化爆发。西部成为了新草本物的摇篮,而东部仍然是一个较古老的植物博物馆,兼具“博物馆”和“摇篮”的作用。

研究人员发现,直到中新世早期,2300万年前中国约有66%的被子植物才出现。平均物种分化时间——物种首次出现时间,即东部2200-2500万年前,西部1500-1900万年前。在过去3000万年里,草本植物,也就是没有木本茎的植物,比木本植物多样化得多。

“无问西东”

研究人员利用物种分布数据,绘制了中国遗传丰富的区域图,指出广东,广西,贵州,海南和云南是开花植物遗传多样性最高的地区;而东部的保守性要比人烟稀少的西部小,地片也比较散,不像西部保留了大片的土地。

Doug Soltis 说:“针对这些近期出现了新物种的地区开展保护措施很好,但还缺少了针对较古老的东部植物谱系的广泛保护。这项研究有助于我们更好地了解自然保护区与实际所在地之间的差异,直到最近几十年,科学家才意识到保护遗传多样性的重要性,这不仅仅是指包含稀有物种。”

研究人员还指出,博物馆藏品的价值在于能够进行全国规模性的,百万年进化过程中的数千种植物研究。在过去的一个世纪里,每一件经过精心收集和保存的植物标本都为这个庞大的数据库做出了贡献,这个数据库提供了中国开花植物多样性的详细资料。

“如果没有这数百万的藏品,如何能完成这样的研究。如果没有这些数据,这是不可能的。现在确定了3万种物种,将近地球上10%的开花植物,这是一个重要的飞跃”,Pam Soltis说。

中国被子植物属平均分化时间的空间分布。从左到右分别表示所有属、木本属和草本属。

  a-c:中国被子植物属的平均分化时间;d-f:每个网格中最年轻25%属的平均分化时间;g-i:每个网格中最老25%属的平均分化时间。j-i:零模型检验年轻的(蓝色网格)和古老的(红色网格)分化中心。


第一作者鲁丽敏也表示,这项研究为许多其他大规模的生物多样性研究提供了一个范例模型。

“我们认为这项研究的重要性超出了植物生物学的范围,可以延伸到其他生物和地球其他地区的研究上。我们所采用的方法和结论也将有助于引起科学家和公众对生物多样性保护的广泛关注。”

(生物通:张迪)

原文标题:

Evolutionary history of the angiosperm flora of China



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