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自然保護(hù)區(qū)建設(shè)要考慮區(qū)系的演化歷史

媒體:中國(guó)綠色時(shí)報(bào)  作者:潘春芳 肖曄
專業(yè)號(hào):日月峽評(píng)論 2018/2/25 11:47:45

西部地區(qū)代表植物:A.杜鵑花屬,B.馬先蒿屬,C.龍膽屬,D.風(fēng)毛菊屬。

東部地區(qū)代表植物:A.木蓮屬,B.領(lǐng)春木屬,C.金粟蘭屬,D.柯屬?! ⒈﹫D

我國(guó)是全球植物多樣性最豐富的國(guó)家之一,全球10%的開(kāi)花植物(即被子植物)產(chǎn)于中國(guó)。中國(guó)既是歷史悠久的物種避難所,也是快速崛起的近期物種的發(fā)源地。然而,關(guān)于中國(guó)開(kāi)花植物是在何時(shí)、以什么樣的方式聚集在一起,并形成如今的分布式樣和現(xiàn)代植被等一系列科學(xué)問(wèn)題,長(zhǎng)期沒(méi)有得到詳盡的回答。

近日,國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的聯(lián)合研究給出了答案。2月1日,國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《自然》(Nature)發(fā)表了論文“Evolutionary history of the angiosperm flora of China”(中國(guó)被子植物進(jìn)化歷史)。該研究首次系統(tǒng)揭示了中國(guó)被子植物屬進(jìn)化的時(shí)空分布特征。

該研究歷時(shí)數(shù)年,橫跨植物系統(tǒng)學(xué)、生物地理學(xué)、植物分類學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域,由中國(guó)科學(xué)院植物所陳之端團(tuán)隊(duì)、南京林業(yè)大學(xué)毛嶺峰博士聯(lián)合美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)和澳大利亞國(guó)立標(biāo)本館等單位的同行們合作完成。

這項(xiàng)研究綜合了時(shí)間和空間兩個(gè)維度。通過(guò)時(shí)間層面的分析,研究人員發(fā)現(xiàn)中國(guó)約66%的開(kāi)花植物屬直到中新世早期(約2300萬(wàn)年前)才出現(xiàn)??臻g層面上,研究者將我國(guó)遼闊的國(guó)土劃分成100千米 × 100千米的柵格。通過(guò)計(jì)算每個(gè)柵格內(nèi)被子植物屬的平均分化時(shí)間,即得到綜合了時(shí)間與空間的數(shù)據(jù)。令人驚訝的是,其結(jié)果正好吻合了以500毫米降水線劃分的濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)地區(qū)和干旱-半干旱地區(qū),即中國(guó)東部和中國(guó)西部。

研究以《中國(guó)植物志(英文版)》(Flora of China)所載物種為標(biāo)準(zhǔn),用大數(shù)據(jù)的手段分析了海量的植物志書(shū)、文獻(xiàn)資料、古生物化石資料、植物標(biāo)本等,并輔以大量的野外調(diào)查實(shí)證。

研究開(kāi)篇引入“搖籃”和“博物館”的概念,“搖籃”指孕育新生命的地方,“博物館”指陳列古老物品的地方。從生物多樣性的角度看,“搖籃”可以理解為生物多樣性由近期物種高度分化的地區(qū);而“博物館”則理解為物種分化在早期完成,物種多樣性是早期分化物種累計(jì)所產(chǎn)生的地區(qū)。

研究發(fā)現(xiàn),在空間上,中國(guó)東部地區(qū)被子植物屬的分化時(shí)間古老,系統(tǒng)發(fā)育多樣性高,西部地區(qū)相對(duì)較為年輕,系統(tǒng)發(fā)育多樣性相對(duì)較低。據(jù)分析,我國(guó)東部地區(qū)對(duì)草本植物屬表現(xiàn)出“博物館”的效應(yīng),而對(duì)木本植物則兼有物種保存的“博物館”和物種分化“搖籃”的雙重效應(yīng)——換言之,東部的木本植物既歷史相對(duì)長(zhǎng)久,也更容易產(chǎn)生新的物種。

關(guān)于這種分布格局的原因,文章并列第一作者魯麗敏、葉建飛、劉冰認(rèn)為,西部主要是西北干旱地區(qū)和青藏高原的高寒地區(qū),近期青藏高原的隆升和亞洲季風(fēng)的加劇使得這些地區(qū)的地形和氣候發(fā)生了巨大變化,再加上草本植物生活周期較短,適應(yīng)性較強(qiáng),從而造就了西部地區(qū)草本植物的高度分化,所以青藏高原更像是草本植物的“搖籃”。而東部,山區(qū)的地理位置和相對(duì)穩(wěn)定的氣候條件庇護(hù)了大量起源古老的植物。

該研究還提出系統(tǒng)發(fā)育多樣性最高的地區(qū)基本都位于東部:廣東、廣西、貴州、海南和云南地區(qū)。這幾個(gè)地區(qū)也是珍稀瀕危植物的熱點(diǎn)地區(qū)。所謂熱點(diǎn),是指物種高度豐富、特有、集中而又面臨威脅的地區(qū)。目前,研究組已經(jīng)將相關(guān)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上公開(kāi)供研究者免費(fèi)下載。這些數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)家公園、自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

陳之端領(lǐng)銜的植物系統(tǒng)發(fā)育重建研究組主要利用基因、基因組、形態(tài)學(xué)以及生物地理學(xué)等證據(jù)探討被子植物大類群的系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化。早在上世紀(jì)90年代,陳之端團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始在全國(guó)采集樣本和DNA材料,目前已經(jīng)收集了32000多號(hào)植物DNA材料和憑證標(biāo)本。

珍稀瀕危植物的熱點(diǎn)區(qū)域

2016年,陳之端團(tuán)隊(duì)在《植物分類學(xué)報(bào)(英文版)》(Journal of Systematics and Evolution)上牽頭組織了一期專輯,詳細(xì)介紹了他們的研究成果——中國(guó)維管植物的“生命之樹(shù)”。研究選取能夠代表中國(guó)維管植物93%的屬的6098個(gè)種,通過(guò)分子手段構(gòu)建的“生命之樹(shù)”,可以反映分類群的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史。研究組此次在《自然》上發(fā)表的文章,結(jié)合了空間數(shù)據(jù),展示了中國(guó)被子植物時(shí)空分化模式,是對(duì)“生命之樹(shù)”研究的延伸。

研究生物間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史的意義何在?

“因?yàn)閭鹘y(tǒng)的生物多樣性分析是基于每一個(gè)物種都平等的假設(shè),并沒(méi)有考慮物種間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史,但是,每個(gè)種在生命之樹(shù)上的位置是不一樣的,有的在進(jìn)化樹(shù)的基部,有的在頂端,有的在中間,基于‘生命之樹(shù)’的系統(tǒng)發(fā)育多樣性研究可以提供生物的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史信息,是對(duì)傳統(tǒng)生物多樣性研究的補(bǔ)充。”葉建飛告訴記者。

“就好比災(zāi)難來(lái)臨時(shí),諾亞方舟只能轉(zhuǎn)移有限的人,那么,只轉(zhuǎn)移一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的專家有意義呢,還是轉(zhuǎn)移許多不同領(lǐng)域的專家更有意義呢?”劉冰以此比喻系統(tǒng)發(fā)育多樣性研究對(duì)生物多樣性保護(hù)工作的現(xiàn)實(shí)意義。

這項(xiàng)研究不僅具有重大的學(xué)術(shù)意義,還有重要的社會(huì)價(jià)值。文章通過(guò)種和屬水平進(jìn)化信息的空間分布特征,并結(jié)合現(xiàn)有自然保護(hù)區(qū)的分布情況,提出自然保護(hù)區(qū)建立的依據(jù)不僅需要考慮物種多樣性層面,更需要考慮系統(tǒng)發(fā)育多樣性的背景和空間分布特征,以期在設(shè)立自然保護(hù)區(qū)時(shí)能夠最大限度保護(hù)物種的進(jìn)化歷史信息,如對(duì)早期孑遺成分的保護(hù)。

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