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【中国绿色时报】自然保护区建设要考虑区系的演化历史

文章来源:中国绿色时报  潘春芳、肖晔    发表时间:2018-02-23

  我国是全球植物多样性最丰富的国家之一,全球10%的开花植物(即被子植物)产于中国。中国既是历史悠久的物种避难所,也是快速崛起的近期物种的发源地。然而,关于中国开花植物是在何时、以什么样的方式聚集在一起,并形成如今的分布式样和现代植被等一系列科学问题,长期没有得到详尽的回答。

  近日,国内外科学家的联合研究给出了答案。2月1日,国际顶级学术刊物《自然》(Nature)发表了论文“Evolutionary history of the angiosperm flora of China”(中国被子植物进化历史)。该研究首次系统揭示了中国被子植物属进化的时空分布特征。

  该研究历时数年,横跨植物系统学、生物地理学、植物分类学、生态学等多学科领域,由中国科学院植物所陈之端团队、南京林业大学毛岭峰博士联合美国佛罗里达大学和澳大利亚国立标本馆等单位的同行们合作完成。

  这项研究综合了时间和空间两个维度。通过时间层面的分析,研究人员发现中国约66%的开花植物属直到中新世早期(约2300万年前)才出现。空间层面上,研究者将我国辽阔的国土划分成100千米 × 100千米的栅格。通过计算每个栅格内被子植物属的平均分化时间,即得到综合了时间与空间的数据。令人惊讶的是,其结果正好吻合了以500毫米降水线划分的湿润-半湿润地区和干旱-半干旱地区,即中国东部和中国西部。

  研究以《中国植物志(英文版)》(Flora of China)所载物种为标准,用大数据的手段分析了海量的植物志书、文献资料、古生物化石资料、植物标本等,并辅以大量的野外调查实证。

  研究开篇引入“摇篮”和“博物馆”的概念,“摇篮”指孕育新生命的地方,“博物馆”指陈列古老物品的地方。从生物多样性的角度看,“摇篮”可以理解为生物多样性由近期物种高度分化的地区;而“博物馆”则理解为物种分化在早期完成,物种多样性是早期分化物种累计所产生的地区。

  研究发现,在空间上,中国东部地区被子植物属的分化时间古老,系统发育多样性高,西部地区相对较为年轻,系统发育多样性相对较低。据分析,我国东部地区对草本植物属表现出“博物馆”的效应,而对木本植物则兼有物种保存的“博物馆”和物种分化“摇篮”的双重效应——换言之,东部的木本植物既历史相对长久,也更容易产生新的物种。

  关于这种分布格局的原因,文章并列第一作者鲁丽敏、叶建飞、刘冰认为,西部主要是西北干旱地区和青藏高原的高寒地区,近期青藏高原的隆升和亚洲季风的加剧使得这些地区的地形和气候发生了巨大变化,再加上草本植物生活周期较短,适应性较强,从而造就了西部地区草本植物的高度分化,所以青藏高原更像是草本植物的“摇篮”。而东部,山区的地理位置和相对稳定的气候条件庇护了大量起源古老的植物。

  该研究还提出系统发育多样性最高的地区基本都位于东部:广东、广西、贵州、海南和云南地区。这几个地区也是珍稀濒危植物的热点地区。所谓热点,是指物种高度丰富、特有、集中而又面临威胁的地区。目前,研究组已经将相关数据在网络上公开供研究者免费下载。这些数据对国家公园、自然保护区的建设具有重要的理论指导意义。

  陈之端领衔的植物系统发育重建研究组主要利用基因、基因组、形态学以及生物地理学等证据探讨被子植物大类群的系统发育和进化。早在上世纪90年代,陈之端团队就开始在全国采集样本和DNA材料,目前已经收集了32000多号植物DNA材料和凭证标本。

  2016年,陈之端团队在《植物分类学报(英文版)》(Journal of Systematics and Evolution)上牵头组织了一期专辑,详细介绍了他们的研究成果——中国维管植物的“生命之树”。研究选取能够代表中国维管植物93%的属的6098个种,通过分子手段构建的“生命之树”,可以反映分类群的亲缘关系和进化历史。研究组此次在《自然》上发表的文章,结合了空间数据,展示了中国被子植物时空分化模式,是对“生命之树”研究的延伸。

  研究生物间的亲缘关系和进化历史的意义何在?

  “因为传统的生物多样性分析是基于每一个物种都平等的假设,并没有考虑物种间的亲缘关系和进化历史,但是,每个种在生命之树上的位置是不一样的,有的在进化树的基部,有的在顶端,有的在中间,基于‘生命之树’的系统发育多样性研究可以提供生物的亲缘关系和进化历史信息,是对传统生物多样性研究的补充。”叶建飞告诉记者。

  “就好比灾难来临时,诺亚方舟只能转移有限的人,那么,只转移一个专业领域的专家有意义呢,还是转移许多不同领域的专家更有意义呢?”刘冰以此比喻系统发育多样性研究对生物多样性保护工作的现实意义。

  这项研究不仅具有重大的学术意义,还有重要的社会价值。文章通过种和属水平进化信息的空间分布特征,并结合现有自然保护区的分布情况,提出自然保护区建立的依据不仅需要考虑物种多样性层面,更需要考虑系统发育多样性的背景和空间分布特征,以期在设立自然保护区时能够最大限度保护物种的进化历史信息,如对早期孑遗成分的保护。

(原载于《中国绿色时报》2018-02-23 03版 科教)


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