在全球氣候變化背景下，理解生物多樣性的形成與變化動態(tài)至關(guān)重要。面對變化的環(huán)境，植物或遷移至新分布區(qū)以維持其原有生態(tài)位，或原地演化出新性狀來適應(yīng)新環(huán)境，或兩種策略兼而有之。傳統(tǒng)的生態(tài)位保守性假說認(rèn)為，物種更傾向于保留其祖先生態(tài)位，即“遷移”可能比“演化”更容易。但目前也有研究認(rèn)為，“演化”策略在植物響應(yīng)環(huán)境變化過程中同樣很重要，兩種策略還可能在多種內(nèi)外部因素的復(fù)雜作用下相互轉(zhuǎn)變。然而，在漫長的地質(zhì)歷史時期，這兩種策略的動態(tài)轉(zhuǎn)變是如何發(fā)生的，其背后機(jī)制又是什么，目前仍不清楚。

葡萄科植物現(xiàn)有18屬近1,000個物種，主要分布于全球熱帶和亞熱帶地區(qū)，在形態(tài)和生境上均呈現(xiàn)出高度多樣性，是研究植物多樣化與生存策略轉(zhuǎn)變機(jī)制的理想類群。

葡萄科植物生物地理歷史重建和全球擴(kuò)散路徑

國家植物園（南園）植物大數(shù)據(jù)與生物多樣性保護(hù)團(tuán)隊及合作者基于世界范圍內(nèi)的廣泛采樣，構(gòu)建了目前取樣最全的葡萄科系統(tǒng)發(fā)生樹（495種，物種覆蓋率52%），通過多樣化分析，物種分布區(qū)、生境和性狀重建，結(jié)合化石、古地質(zhì)以及古氣候證據(jù)，揭示了葡萄科植物在不同地質(zhì)歷史時期的多樣化進(jìn)程和生存策略轉(zhuǎn)變機(jī)制。

葡萄科植物多樣化歷史，右側(cè)顯示多樣化速率顯著上升的類群及其關(guān)鍵性狀

研究結(jié)果顯示，現(xiàn)存葡萄科物種的最近共同祖先可追溯至白堊紀(jì)晚期，此后由亞洲逐步擴(kuò)散至全球。漸新世后，崖爬藤屬、葡萄甕屬、葡萄屬和酸蘞藤屬的多樣化速率顯著上升，這與上述類群生境變化和適應(yīng)性狀出現(xiàn)的時間相符。通過分析各地史時期的擴(kuò)散事件、生境轉(zhuǎn)變和關(guān)鍵性狀演變發(fā)現(xiàn)，始新世時期葡萄科物種更多通過“遷移”策略應(yīng)對氣候變化；漸新世采用“遷移”策略的類群顯著下降；中新世后大量新生境的出現(xiàn)促使“演化”策略成為主導(dǎo)。這些結(jié)果表明，植物在演化過程中并不總是遵循生態(tài)位保守原則，研究中應(yīng)謹(jǐn)慎使用相關(guān)理論和假設(shè)。

不同地史時期葡萄科植物的生存策略轉(zhuǎn)變模式

該研究創(chuàng)新性地將類群關(guān)鍵性狀演化、生物地理擴(kuò)散與環(huán)境變化相結(jié)合，深入剖析了葡萄科植物生存策略的轉(zhuǎn)變模式和機(jī)制，對于增進(jìn)我們對生物多樣性形成與變化動態(tài)的理解，預(yù)測植物如何響應(yīng)未來環(huán)境變化具有重要科學(xué)價值。

相關(guān)成果于近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Plants上。國家植物園（南園）博士研究生尤奕晨、虞近人和吉首大學(xué)聶澤龍教授為論文共同第一作者，國家植物園（南園）魯麗敏研究員、陳之端研究員和美國史密森研究院國家自然歷史博物館文軍研究員為論文共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項(xiàng)目資助。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻