不同的限制因素与共同的动态机制共同塑造了挥发性有机化合物化学多样性的宏观进化过程

《Nature Communications》：Distinct constraints but shared dynamics shape the macroevolution of volatile organic compound chemodiversity

　　

摘要

复杂的代谢系统在生命之树中不断发展，产生了丰富的化学多样性，然而这种多样性的结构及其进化机制仍知之甚少。在此研究中，我们利用从文献中收集的裸子植物叶片挥发性有机化合物（VOCs）的全面数据集，探讨了化学多样性的宏观进化过程。我们发现，化学多样性主要由少数“核心”化合物主导。尽管这些核心化合物的数量不多，但它们分布广泛且含量丰富。为了全面了解这一现象，我们同时研究了高维全球化学多样性和主导性核心化学多样性的宏观进化机制。研究发现，两者都经历了类似的进化过程：即驿站式进化（即突然的进化事件）而非渐进性的演变。我们还观察到了两者在进化约束方面的差异：全球化学多样性表现出较低的协方差，反映了其较高的进化不稳定性；而核心化学多样性则具有较高的协方差和较强的整合性。通过祖先状态重建，我们发现这一复杂系统并非最近才出现的创新现象；主要的、核心性的挥发性有机化合物在石炭纪之前就已经在祖先谱系中存在了。这些发现不仅揭示了裸子植物挥发性有机化合物系统的层级结构及其背后的进化约束和动态机制，还为探索化学多样性的结构与进化动态提供了理论框架。