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中国的开花植物为何如此多样?

撰文 | 李美霞

责编 | 叶水送

中国地大物博,不仅仅表现在幅员辽阔、资源丰饶上,也体现在生物多样性上。种类繁多以及特有的植物种类使中国成为北半球植物多样性最高的国家之一。其中我国被子植物(也称开花植物)种类占全球10%(29611/300000)。

大部分学者对我国植物多样性的解释是:依赖于辽阔的国土,悠久的演化历史,完整的热带、亚热带、温带和寒带的植被类型以及活跃的地质构造。很少有研究结合时间和地理分布结合来阐释中国被子植物群的形成。

最近,中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室陈之端、佛罗里达大学Douglas Soltis,Pamela Soltis,以及Hope College的Jianhua Li等学者,在《自然》杂志上发表名为Evolution history of the angiosperm flora of China的文章,结合时间和空间揭示了中国这片广袤的土地是如何孕育出如此丰富的被子植物群。

这项研究启篇引入“摇篮”和“博物馆”的概念,其中“摇篮”是指孕育新生命的地方,“博物馆”是指陈列古老物品的地方。从生物多样性的角度来看,“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。

陈之端团队基于中国92%被子植物属的年代进化树及涵盖所有被子植物种类和详尽的空间地理分布信息的物种树,展示了中国被子植物时空分化模式。

目前,陈之端实验室主要利用基因、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。目前已经保留了30000种植物的样本。

在这项研究中,研究者以100 km X 100 km 为一个单元划分区域,计算每个单元内被子植物属的平均分化年代(MDTs,单位:10万年),将计算的分化年代标注在地图上,正好吻合了以500毫米年等降水量划分的湿润半湿润和干旱半干旱地区,即图中的中国东部和中国西部。

总体来看,东部植物群分化更早一些(均220.4-253.9万年前),但是西部植物群被子植物属于近期分化(均152.9-188.6万年前)。西部主要是西北干旱地区和大部分的青藏高原,由于近期青藏高原隆起和亚洲季风导致气候变化,再加上草本植物快速的替代性,造就草本植物近期的高度分化,所以青藏高原更像是草本植物的摇篮。

而反观东部,山区的地理位置和温和的气候庇护了大量起源于白垩纪或侏罗纪晚期的植物。草本和木本分化率相似,但是基于对25%最早分化和25%最晚分化地区分析显示,东部草本分化比较早,但是对于木本植物来说早期和晚期分化的都有。所以,对于草本植物,东部是博物馆;而对于木本植物来说,东部既是博物馆又是摇篮。

该研究还提出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。这几个地区也是濒临灭绝植物的热点地区。

所谓热点是指物种高度丰富、特有和集中又面临威胁的地区。西部保护地区也面临支离破碎的危险。该项研究希望能够引起对多样性保护计划和研究的更多关注,更好的保护生物多样性。

参考文献

1. Forest et al. Nat. Preserving the evolutionary potential of floras in biodiversity hotspots. (2007)

2. Huang et al. Plants of China: A companion to  the flora of China, Chapte 2.Science Press. (2013)

3. Lu et al. Nat. Evolutionary history of the angiosperm flora of China. doi:10.1038/nature25485 (2018) 

4. Zhang et al. Bio Con. Distribution and conservation of threatened plants in China.(2015)

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