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版納植物園研究發現橫斷山是高寒植物的起源地和避難所

2020-08-03 西雙版納熱帶植物園
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  高寒植物是高山隆升后植物適應極端或極限生存環境的產物。在嚴酷的自然環境中,高寒植物進化出特殊的抗寒、抗旱、抗紫外線的機制,是人類重要的基因寶庫。全球高寒生物區約有10000種高等植物,研究高寒地區生物多樣性的起源與演變及對環境變化的響應,不僅可認識山地多樣性形成的過程,還可用來預測未來氣候變化對高寒植物多樣性的影響。

  高寒生物區是地球上海拔最高的陸地生態系統,主要分布在青藏高原及周邊喜馬拉雅和橫斷山、落基山脈、安第斯山、阿爾卑斯山等地區。橫斷山區位于青藏高原東南緣,金沙江、瀾滄江、怒江三條大江在其間并行奔流,形成了高差懸殊的復雜地貌及垂直分布明顯的植被帶。橫斷山的高寒生物多樣性,是生物多樣性熱點地區中的熱點,其多樣性形成歷史及對環境變化的響應對于認識全球植物多樣性分布格局有重要意義。

  為回答橫斷山高寒地區植物多樣性的起源時間、成分來源及其驅動因素,深入解析該地區的多樣性演化過程,揭示其與環境變化之間的關系,中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員星耀武指導博士研究生丁文娜,選取橫斷山及其鄰近地區高寒生物區18個被子植物類群3798種植物,整合地理分布區和生物區的演化建立一個新的生物地理模型,分別計算不同地區就地演化速率和遷移速率以及多樣性隨時間的積累,推斷橫斷山、喜馬拉雅和青藏高原高寒生物區是如何形成和演變。

  研究結果顯示,橫斷山高寒植物多樣性的積累始于早漸新世,分別在距今2300至1500萬年、1000萬年至700萬年兩個時期就地演化速率加快,是新近紀的降溫、造山運動與季風演化共同作用的結果。橫斷山高寒生物區具有較高的就地演化速率,同時是其他高寒地區植物多樣性的主要來源,尤其在近250萬年以來,從橫斷山高寒地區擴散到喜馬拉雅和青藏高原高寒地區的速率明顯加快,表明在氣候明顯波動的第四紀,橫斷山地區是高寒植物的重要避難所。青藏高原及周邊喜馬拉雅和橫斷山地區豐富的高寒植物多樣性是在漫長且復雜的造山和氣候變化驅動下,通過擴散過程、高寒生物區的擴張以及就地物種形成事件積累下來的。橫斷山不僅是高寒物種起源和分化的搖籃,還是喜馬拉雅和青藏高寒多樣性的主要來源。

  相關研究成果以Ancient orogenic and monsoon-driven assembly of the world's richest temperate alpine flora為題發表在《科學》上。

  論文鏈接 

  圖1. 西藏-喜馬拉雅-橫斷山地區地形圖。圖中照片分別代表選擇的18個類群(順時針從上到下依次為:大黃屬、火絨草屬、風毛菊屬、柳屬、石竹目、香青屬、龍膽屬、虎耳草屬、翠雀族、馬先蒿屬、蔥屬、杜鵑花屬、報春花亞科、紅景天屬、葶藶屬、雀兒豆屬、綠絨蒿屬和棱子芹屬)。餅狀圖表示所有取樣的類群中高寒物種在每個地區所占的比例。紅色的圓點代表用于重建古高程或者關鍵地質事件的地點。它們分別是:1:凱拉斯、2:恰布林、3:林周、4:尼瑪、5:倫坡拉、6:芒康、7:劍川、8:珠穆朗瑪峰、9:南木林、10:札達、11:貢嘎山、12:長江。

  圖2. 橫斷山(HDM)、喜馬拉雅(HIM)和青藏高原腹地(QTP)高寒生物區多樣性變化與氣候變化和地質歷史之間的關系。A:全球氣候變化曲線來自深海氧同位素記錄。上圖以藍色線段表示亞洲季風演化趨勢,是在理想CO2下模擬的青藏高原及其周邊地區各地史階段的年平均降水量。B:喜馬拉雅、QTP和橫斷山從晚始新世至今分三個階段的地形示意圖。圖中紅色帶數字的圓圈表示基于最新構造證據重建古高程的地點,與圖1所示地點一致。C:橫斷山、喜馬拉雅和QTP高寒生物區植物多樣性速率隨時間的變化。最后一幅圖中由淺至深的黃色條帶代表了古近紀以來QTP的干旱化程度。

  

  圖3. 各生物區之間的交流。由區域之間和之內的擴散事件估算。相同線條顏色表示相同的目標生物群。線寬表示擴散事件的相對數量。箭頭表示擴散事件的方向,從源到目標。H:橫斷山、Y:喜馬拉雅、T:青藏高原、O:其他地區、A:高寒生物區、a:非高寒生物區。

圖4. 適應高寒生境的墊狀植物——高原點地梅(Androsace zambalensis)(攝影/丁文娜)

 

圖5. 喜馬拉雅藍罌粟——大花綠絨蒿(Meconopsis grandis)(攝影/星耀武)

打印 責任編輯:程博
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