葡萄家族的地球大冒险:是迁移还是演化?

作者: 闫永明 鲁丽敏

来源: 中国科学院植物研究所

发布日期: 2024-08-15 07:31:14

中国科学院植物研究所的研究团队通过分析葡萄科植物的DNA序列和化石证据,揭示了葡萄科植物的起源、扩散和演化策略,指出葡萄科植物可能起源于白垩纪晚期的亚洲,并通过迁移和演化适应了不同的环境变化。

葡萄科植物究竟起源于何时何地?又是如何跨越山川海洋、征服恶劣环境,形成现今的分布格局的呢?中国科学院植物研究所植物大数据与生物多样性保护研究团队与合作者在《自然-植物》(Nature Plants)杂志发表的最新研究成果,回答了这些问题。

葡萄科(Vitaceae)是一个大家族,共有18属约950个物种,而葡萄只是这个大家族的千分之一。我们熟悉的景观植物爬山虎、锦屏藤也属于葡萄科家族成员。葡萄科植物广泛分布于全球热带和亚热带地区,模样千奇百怪。在漫长的演化历史中,它们占据了条件迥异的生态位,也就是说,不同地区的葡萄科植物进化成不同的形态,以适应其生长环境。

科研团队历经20多年,收集、测序了495种葡萄科植物的DNA序列,构建了目前取样最全的葡萄科植物生命之树,结合化石证据和生物地理重建推断,发现葡萄科植物可能起源于白垩纪晚期的亚洲,这与亚洲葡萄科现存属的高度多样化和大量向外扩散的事件一致。

但是,目前古植物学家发现的葡萄科最古老化石却来自白垩纪晚期的印度(当时不在亚洲,离非洲更近),科研人员推测,印度板块可能作为“踏脚石”,促进了亚洲与非洲之间的交流。

在漫长的地质历史中,全球气候经历了多次温暖期和寒冷期的交替。当环境发生变化时,植物或采用迁移至新分布区的策略以维持其原有生态位,或采用原地演化出新性状的策略来适应新环境,或两种策略兼而有之。研究团队对葡萄科植物进行了生态位重建,结果表明葡萄科祖先的生态位是湿润森林。那么,葡萄科植物如何走出雨林,应对始新世之后日益干旱和寒冷的环境呢?

研究团队分析了各地史时期葡萄科植物的扩散事件、生境转变和关键性状演变。结果发现始新世和中新世气候温暖,葡萄科物种更多通过“迁移”策略抢占空白的湿润生境。渐新世时期气温骤降,灭绝事件增多,采用“迁移”策略的类群也显著下降。中新世后大量新生境和适应性状(如多肉)的出现,可能促使葡萄科植物“演化”策略成为主导。

该研究创新性地将类群生物地理扩散、关键性状演化与环境变化相结合,深入剖析了葡萄科植物生存策略的转变模式和机制,对于增进我们对生物多样性形成与变化动态的理解,预测植物如何响应未来环境变化具有重要科学价值。

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