北半球擁有最高的溫帶植物多樣性，其中東亞較北美和歐洲更為豐富。目前對(duì)該分布格局的解釋尚有爭(zhēng)議，存在不同的假說(shuō)，如“時(shí)間積累假說(shuō)”和“生態(tài)位改變假說(shuō)”。冷杉屬在北半球寒溫帶及亞熱帶山地形成廣袤的森林，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)未來(lái)氣候變化有顯著的指示意義。該屬物種多樣性以東亞最高并集中在橫斷山喜馬拉雅地區(qū)，且不同地區(qū)的譜系演化時(shí)間差異較大，是檢驗(yàn)以上假說(shuō)和探討北半球多樣性不均衡格局形成原因的模式類群。

圖1  冷杉屬多樣化速率

國(guó)家植物園（南園）王強(qiáng)研究組向巧萍副研究員和張憲春研究組聯(lián)合利用目標(biāo)序列富集測(cè)序技術(shù)獲取了世界冷杉屬近全部種類的56個(gè)單拷貝核基因，建立了穩(wěn)固的屬內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，估算分化時(shí)間，并利用多元回歸檢測(cè)物種豐富度與環(huán)境變量的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)盡管北美的冷杉屬分化時(shí)間最久遠(yuǎn)（約33.18 Ma；早漸新世），但東亞的物種多樣性和物種形成速率均最高（圖1）。

圖2  冷杉屬物種多樣化的主要環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子

不同地理尺度上，物種豐富度與季節(jié)性降水呈顯著正相關(guān)，與最暖季最高溫和最濕季均溫呈顯著負(fù)相關(guān)，表明冷杉偏好季節(jié)性降水充分且涼爽的氣候（圖2）。

圖3  冷杉屬的生態(tài)位轉(zhuǎn)化

喜馬拉雅-橫斷山譜系和墨西哥高地譜系在中新世獨(dú)立發(fā)生了與多樣化速率相關(guān)的生態(tài)位轉(zhuǎn)變（圖3），中新世劇烈的喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造的高海拔生境和東亞季風(fēng)帶來(lái)的充沛降水促成了喜馬拉雅-橫斷山譜系物種的多樣化；墨西哥高地的火山活動(dòng)同樣導(dǎo)致了有關(guān)物種的分化，但持續(xù)時(shí)間較短且范圍較小。而晚古新世以來(lái)北美干冷的大陸性氣候以及中新世以來(lái)歐洲地中海地區(qū)季節(jié)性降水匱乏偏離了冷杉屬植物適宜生境，可以解釋這兩個(gè)地區(qū)相對(duì)低的多樣性。

本研究以冷杉屬植物為例，揭示了生態(tài)位轉(zhuǎn)變是造成北半球物種多樣性不均衡的主要原因，為研究全球氣候變化趨勢(shì)下物種多樣性的保護(hù)提供了理論依據(jù)。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Biogeography，向巧萍為論文第一作者和共同通訊作者，衛(wèi)然副研究員為論文共同通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、生態(tài)環(huán)境部和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助。

泛喜馬拉雅植物多樣性研究組

組長(zhǎng)：王強(qiáng)研究員

郵箱：wangqiang@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

唇形科、桔?？浦参锓诸惣案呱街参锒鄻有匝芯?。

孢子植物分類學(xué)研究組

組長(zhǎng)：張憲春研究員

郵箱：zhangxc@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1.蕨類植物分類和系統(tǒng)；2.《泛喜馬拉雅植物志》石松類和蕨類

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻