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姜科植物时空演化历史对全球热带雨林变迁的重要启示
作者: 发布时间:2022-05-19 点击数:

历史环境的变迁深刻影响着全球生物多样性的演化和分布格局。从全球范围来看,热带雨林仅占陆地约7%的面积,但却蕴藏着超过40%的植物种类。全球热带雨林现今主要沿着赤道两侧呈现洲际间断分布模式。虽然已有研究对热带雨林演化与全球环境变迁(包括板块运动和气候变化)的关系进行了探索,但人们对热带雨林时空演化格局仍知之甚少。目前,有关热带雨林的起源与演化已有多种假说。就其起源而言,其中一种假说认为热带雨林起源于白垩纪-古近纪过渡时期(K-Pg boundary)的赤道附近,该假说主要得到了化石证据的支持;另一种假说则认为热带雨林起源于白垩纪中期的中纬度地区,得到了少量化石证据及一些历史生物地理学研究的支持。有关热带雨林间断分布格局的形成包含了地理隔离、大陆漂移、北热带植物群迁移及跨洋长距离扩散等假说。前人对于以上假说的验证主要集中在来自木本植物的证据,作为热带雨重要组成成分的草本植物,由于化石记录较少,对其多样化过程的了解相对缺乏。

姜科植物为泛热带分布草本类群,包含山姜亚科(Alpinioideae)、姜亚科(Zingiberoideae)、管唇姜亚科(Siphonochiloideae)及贴蕊姜亚科(Tamijioideae)。其中超过80%的种类隶属主要分布亚洲的山姜亚科和姜亚科。李庆军研究团队基于现存姜科植物和其化石的分布格局及气候带的历史变迁过程,提出了如下假说:姜科植物可能起源于白垩纪时期的非洲或瓦纳古陆北部,跨洋远距离扩散和印度板块的方舟作用在其现代间断分布格局中起着重要作用。为验证以上假说,进而探讨热带雨林的起源与演化过程,作者利用多个化石标定构建了姜科植物的时间演化序列。基于此,进一步分析了姜科植物沿时间的物种形成速率、灭绝速率和净物种分化速率变化模式推测祖先分布区,分析了不同分布区间扩散速率的变化趋势,比较了分布区间四种速率的差异情况。研究结果显示,姜科植物很可能起源于白垩纪中期的非洲北部,在白垩纪晚期通过印度板块的漂移扩散至亚洲,随后在亚洲地区繁衍并成为热带雨林中的成功家族分布于亚洲的一些类群在渐新世之后通过跨洋远距离传播至非洲。结果发现东南亚的姜科植物主要来源于赤道北部的中南半岛。重要的是,姜科植物的物种形成速率主要变化阶段与全球气候的骤然变化时期基本一致。本研究通过揭示姜科植物沿着时间线的起源、迁移和分布规律,为理解全球热带雨林的起源、演化过程及其与全球环境变迁的关联提供了较为系统的证据。更重要的是,该研究拓展和丰富了人们对东南亚热带雨林来源的认识。

1姜科植物化石和当今分布格局(a);姜科植物时空演化过程及历史气候带的变化(b)。


2姜科植物的物种形成速率、灭绝速率和净分化速率与全球气候变化的关联。灰线表示全球气候变化曲线,彩色线条表示三种速率的变化趋势。

 

研究成果以题为“Historical biogeography of the gingers and its implications for shifts in tropical rain forest habitats”发表在生态学与生物地理学研究领域权威期刊Journal of Biogeography (http://doi.org/10.1111/jbi.14386)。欢迎来到公赌船710网址赵建立副研究员和中国科学院昆明植物研究所余香琴副研究员为共同第一作者,欢迎来到公赌船710网址李庆军研究员为通讯作者。此外,美国史密森研究所自然历史博物馆W. John Kress教授、欢迎来到公赌船710网址博士研究生王娅丽、中国科学西双版纳热带植物园夏永梅副研究员对该研究做出了重要贡献。项目得到了国家自然科学基金、欢迎来到公赌船710网址双一流建设项目基金、云南省万人计划青年拔尖人才等项目的支持,在此表示感谢!

 

 

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