在全球氣候變化背景下，理解生物多樣性的形成與變化動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。面對(duì)變化的環(huán)境，植物或遷移至新分布區(qū)以維持其原有生態(tài)位，或原地演化出新性狀來適應(yīng)新環(huán)境，或兩種策略兼而有之。傳統(tǒng)的生態(tài)位保守性假說認(rèn)為，物種更傾向于保留其祖先生態(tài)位，即“遷移”可能比“演化”更容易。但目前也有研究認(rèn)為，“演化”策略在植物響應(yīng)環(huán)境變化過程中同樣很重要，兩種策略還可能在多種內(nèi)外部因素的復(fù)雜作用下相互轉(zhuǎn)變。然而，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，這兩種策略的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變是如何發(fā)生的，其背后機(jī)制又是什么，目前仍不清楚。

葡萄科植物現(xiàn)有18屬近1,000個(gè)物種，主要分布于全球熱帶和亞熱帶地區(qū)，在形態(tài)和生境上均呈現(xiàn)出高度多樣性，是研究植物多樣化與生存策略轉(zhuǎn)變機(jī)制的理想類群。

葡萄科植物生物地理歷史重建和全球擴(kuò)散路徑

國(guó)家植物園（南園）植物大數(shù)據(jù)與生物多樣性保護(hù)團(tuán)隊(duì)及合作者基于世界范圍內(nèi)的廣泛采樣，構(gòu)建了目前取樣最全的葡萄科系統(tǒng)發(fā)生樹（495種，物種覆蓋率52%），通過多樣化分析，物種分布區(qū)、生境和性狀重建，結(jié)合化石、古地質(zhì)以及古氣候證據(jù)，揭示了葡萄科植物在不同地質(zhì)歷史時(shí)期的多樣化進(jìn)程和生存策略轉(zhuǎn)變機(jī)制。

葡萄科植物多樣化歷史，右側(cè)顯示多樣化速率顯著上升的類群及其關(guān)鍵性狀

研究結(jié)果顯示，現(xiàn)存葡萄科物種的最近共同祖先可追溯至白堊紀(jì)晚期，此后由亞洲逐步擴(kuò)散至全球。漸新世后，崖爬藤屬、葡萄甕屬、葡萄屬和酸蘞藤屬的多樣化速率顯著上升，這與上述類群生境變化和適應(yīng)性狀出現(xiàn)的時(shí)間相符。通過分析各地史時(shí)期的擴(kuò)散事件、生境轉(zhuǎn)變和關(guān)鍵性狀演變發(fā)現(xiàn)，始新世時(shí)期葡萄科物種更多通過“遷移”策略應(yīng)對(duì)氣候變化；漸新世采用“遷移”策略的類群顯著下降；中新世后大量新生境的出現(xiàn)促使“演化”策略成為主導(dǎo)。這些結(jié)果表明，植物在演化過程中并不總是遵循生態(tài)位保守原則，研究中應(yīng)謹(jǐn)慎使用相關(guān)理論和假設(shè)。

不同地史時(shí)期葡萄科植物的生存策略轉(zhuǎn)變模式

該研究創(chuàng)新性地將類群關(guān)鍵性狀演化、生物地理擴(kuò)散與環(huán)境變化相結(jié)合，深入剖析了葡萄科植物生存策略的轉(zhuǎn)變模式和機(jī)制，對(duì)于增進(jìn)我們對(duì)生物多樣性形成與變化動(dòng)態(tài)的理解，預(yù)測(cè)植物如何響應(yīng)未來環(huán)境變化具有重要科學(xué)價(jià)值。

相關(guān)成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Plants上。國(guó)家植物園（南園）博士研究生尤奕晨、虞近人和吉首大學(xué)聶澤龍教授為論文共同第一作者，國(guó)家植物園（南園）魯麗敏研究員、陳之端研究員和美國(guó)史密森研究院國(guó)家自然歷史博物館文軍研究員為論文共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目資助。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻