昆明植物所在苏铁属植物多样性格局形成机制研究中取得新进展

　　

　　生物多样性分布格局的形成机制是宏观生态学和生物地理学的基础科学问题。其中，纬度梯度格局，即物种多样性沿着赤道向两极递减的现象，是最常见的多样性分布模式，自1807年Alexander von Humboldt提出以来即受到了广泛的关注。然而，有一些类群的分布显示出相反的模式，即多样性在赤道附近较少，而在远离赤道的地区增加（即：逆纬度梯度格局）。在以往的研究中，逆纬度梯度格局的形成机制较少受到重视，或被引用为“规则的例外”，关于它们潜在的生态和进化原因知之甚少。

　　苏铁是一类古老的种子植物，在地质历史中曾广泛分布于全世界，但现今主要局限于中低纬度地区。有趣的是，现存苏铁的全球多样性分布与纬度梯度规律相反，呈现出近乎对称的双峰模式：赤道附近的物种丰富度相对较低，而其多样性在南纬27 和北纬18 左右呈现出峰值。并且，这种模式在苏铁科苏铁属（Cycas）中尤其显著，因此苏铁属也是研究物种逆纬度梯度格局的理想类群。  

　　中国科学院昆明植物研究所龚洵团队通过与国内外多家植物园单位的研究人员合作，基于转录组测序获取大量苏铁属单拷贝直系同源基因，通过分析和探讨基因树和物种树的冲突原因，重建了该属90%物种的系统发育关系和时空演化历史。基于苏铁属的物种分布，解析了与丰度格局显著相关的环境因子，并比较了苏铁属化石所在地层重建的古气候与现生类群之间的差异。研究发现：苏铁属起源于始新世（~4800万年）的东亚地区，发生了由北向南的扩散。北半球和南半球分别扮演了‘博物馆’和‘摇篮’的角色，而始新世之后发生的全球气温持续变冷很可能限制了该属的多样化进程。在中新世中期，一些苏铁属的类群中演化出了种子海绵层结构这一性状创新，使该类群能够通过跨洋长距离传播而快速占据新分布区，从而发生了生态位的迅速扩张。  

　　宏观生态分析结果表明，苏铁属的多样性格局主要受到了气候因素的作用，其中又分别以降雨季节性和潜在蒸腾量为关键的正相关和负相关因子。这说明现存苏铁属植物偏好于分布在受季风影响的区域，与该属化石所在地层的古气候重建结果一致。通过生态位距离比较，发现相较于近赤道地区，在纬度更南和更北的现存分布区均显示出与其祖先生态位更小的差异，这暗示现生类群对其祖先生态位的保守性在维持其逆纬度梯度格局中也发挥了重要作用。 

　　该研究更新了苏铁属系统发育框架，并从进化和生态双重角度为逆纬度梯度格局的形成机制提供了新见解。研究结果以Eco-evolutionary evidence for the global diversity pattern of Cycas (Cycadaceae)为题近日发表在植物学期刊《植物学报（英文版）》（Journal of Integrative Plant Biology）上。昆明植物所刘健副研究员为该论文的第一作者，龚洵研究员和仙湖植物园张寿洲研究员为论文的共同通讯作者。泰国东芭（Nong Nooch）热带植物园Anders J. Lindstrom，深圳市中国科学院仙湖植物园龚奕青高级工程师，董珊珊高级工程师和美国印第安纳大学Yusheng (Chris) Liu教授也参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市城市管理和综合执法局科研项目，中国科学院青年创新促进会以及云南省基础研究计划等项目的资助。 

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图1 苏铁属的系统发育重建  

 

图2 苏铁属的祖先生态位保守性 

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