洞穴是由地下水溶蚀石灰岩形成的特殊构造。洞穴内部通常光照弱、温度恒定、湿度高,而且营养贫瘠,是一种极为独特的生态系统。提起洞穴生物,大家较为熟知的可能有洞穴盲鱼,倒吊着的蝙蝠,以蝙蝠排泄物为生的小昆虫等穴居动物。除了穴居动物,其实洞里还有不少植物,像苦苣苔科的报春苣苔属(Primulina)、荨麻科的楼梯草属(Elatostema)、秋海棠科的秋海棠属(Begonia)等。
当前,全球洞穴系统孕育了大约5万种穴居生物,包括各种动物、植物和微生物等。但相对地表生物,人们对洞穴生物的起源则知之甚少。
东亚亚热带地区,特别在我国的西南地区,拥有大量的洞穴系统,据不完全统计有超过几十万个大大小小的洞穴。喀斯特洞穴是喀斯特地貌的一部分,典型的喀斯特地貌拥有峰林、峰丛、天坑、洞穴、地下河暗等等。素有“甲天下”之称的桂林山水就是典型的喀斯特地貌。可以说,我国在研究洞穴生物起源方面有着得天独厚的条件。
为了回答洞穴生物起源的问题,中国科学院植物研究所王伟研究员的研究团队以东亚亚热带洞穴的特有生物为研究对象,整合分析了28个洞穴特有的植物、动物和真菌类群,发现绝大多数(88%)的生物迁入洞穴定居事件,都发生在渐新世-中新世交界期(距今2300万年)之后。科研人员进一步通过祖先分布区和祖先植被带重建分析,发现绝大多数洞穴特有生物支系,都起源于地表的常绿阔叶林。
原来,东亚亚热带常绿阔叶林在2300万年前才开始兴起。东亚亚热带常绿阔叶林的兴起为洞穴生物迁入定居提供了一个物种库。同时,东亚季风系统的形成导致了洞穴外部的季节性气候增强(气候波动大,冬季低温少雨)。洞穴外部的气候条件波动较大,而洞穴内部相对稳定,这就有可能导致了洞穴外部的生物局部灭绝,从而使得洞穴内成为当地生物的避难所。因此,可能是植被的演替以及季风的增强影响了生物定居洞穴的速率。
此外,研究还发现了9个从洞穴返回地表定居的事件:植物1次,动物5次,真菌3次。也就是说,洞穴不仅是森林物种的避难所,还是森林生态系统恢复的一个资源库。这一发现对地上、地下生物多样性保护都有意义。目前,全球仅7%的洞穴在保护区内,大量洞穴和穴居生物未得到保护。然而,洞穴内生物通常繁殖能力弱、群体小,灭绝风险极大。所以,未来洞穴生物需要得到更大的关注。