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重大发现!横断山是高寒植物的起源地和避难所

央视新闻客户端 央视新闻客户端 2020年07月31日 15:59 A-A+ 二维码
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总台央视记者今日(7月31日)从云南省中国科学院西双版纳热带植物园获悉,中国科学院西双版纳热带植物园星耀武研究员指导博士研究生丁文娜研究发现,横断山的高寒生物区是世界上已知起源最早的高寒生物区,是高寒物种起源和分化的摇篮,相关研究成果于7月31日在线发表在国际权威学术期刊《科学》杂志。

△《科学》(Science)网站截图

高寒植物是高山隆升后植物适应极端或极限生存环境的产物,在严酷的自然环境中,高寒植物进化出特殊的抗寒、抗旱、抗紫外线的机制,是人类重要的基因宝库。

全球高寒生物区约有10000种高等植物,研究高寒地区生物多样性的起源与演变及对环境变化的响应,不但可以认识山地多样性形成的过程,而且还可以用来预测未来气候变化对高寒植物多样性的影响。

青藏高原及周边的横断山和喜马拉雅山区被称为世界屋脊和第三极,拥有全球海拔最高的高寒生态系统及最丰富的高寒植物多样性。科学界对安第斯山、东非高山、阿尔卑斯等地区高寒生物多样性的形成时间的研究表明,其生物多样性快速增加的时间大都在晚中新世–上新世(距今500万年)以后,这与其最后阶段的山体隆升和高寒环境形成的时间大致相同。而此前根据不同的研究方法得到的结果,青藏高原及周边的横断山和喜马拉雅山区的高寒生物多样性的形成时间可能很古老也可能很年轻,这成为一个长期困扰科学界的谜。

据最近的统计结果横断山高寒地区种子植物达3000种以上,占了全球高山植物的30%,使其物种丰富度上可与热带安第斯山脉的高寒生物区相媲美,是高加索地区的3倍,阿尔卑斯的5倍,同时也远高于面积更广阔的青藏高原和喜马拉雅地区。而此前根据不同的研究方法得到的结果,青藏高原及周边的横断山和喜马拉雅山区的高寒生物多样性的形成时间可能很古老也可能很年轻,这成为一个长期困扰科学界的谜。

横断山区位于青藏高原东南缘,金沙江、澜沧江、怒江三条大江在其间并行奔流,形成了高差悬殊的复杂地貌及垂直分布明显的植被带。横断山的高寒生物多样性,是生物多样性热点地区中的热点,其多样性形成历史及对环境变化的响应对于认识全球植物多样性分布格局有重要意义。据最近的统计结果横断山高寒地区种子植物达3000种以上,占了全球高山植物的30%,使其物种丰富度上可与热带安第斯山脉的高寒生物区相媲美,是高加索地区的3倍,阿尔卑斯的5倍,同时也远高于面积更广阔的青藏高原和喜马拉雅地区。

传统上倾向于将青藏高原及周边的横断山和喜马拉雅山区这三个区域作为一个整体研究,很少将横断山与喜马拉雅和青藏高原地区加以区分和比较。为了回答青藏高原及周边的横断山和喜马拉雅山区高寒地区植物多样性的起源时间,成分来源及其驱动因素,深入解析该地区的多样性演化过程,揭示其与环境变化之间的关系,中国科学院西双版纳热带植物园星耀武研究团队研究员指导博士研究生丁文娜,选取横断山及其邻近高寒生物区多样性较高的18个被子植物类群共计3798种植物,整合地理分布区和生物区的演化建立了一个新的生物地理模型,分别计算不同地区就地演化速率和迁移速率以及多样性随时间的积累,从而推断横断山、喜马拉雅和青藏高原高寒生物区是如何形成和演变的。

研究结果显示,横断山高寒植物多样性的积累始于早渐新世(距今3400万年),是世界上已知起源最早的高寒生物区,之后分别在距今2300万至1500万年和1000万年至700万年两个时期就地演化速率加快,是新近纪降温、造山运动与季风演化共同作用的结果。除就地演化外,横断山高寒生物多样性的另一主要来源是非高寒植物 (中低海拔)通过适应迁移至高寒去而来的,而喜马拉雅和青藏高原的高寒类群主要来源都是横断山,尤其在近250万年以来,从横断山高寒地区扩散到喜马拉雅和青藏高原高寒地区的速率明显加快,分别贡献了迁入喜马拉雅和青藏高原的高寒类群总和的42%和44%。因此,横断山不仅是保存该地区最丰富高寒物种的博物馆,也是整个青藏-喜马拉雅-横断山地区高寒生物多样性起源的摇篮。横断山的高寒生物多样性形成历史对认识与其毗邻的青藏高原和喜马拉雅的生物多样性形成历史至关重要,并且在其中扮演了非常关键的角色,从而强有力地证明了保护这个温带生物多样性热点地区的重要性。

△适应高寒生境的垫状植——高原点地梅

喜马拉雅蓝罂粟——大花绿绒蒿

有别于传统的通过单个或少数类群的分化时间来推测特定植被类型的起源,本研究建立了一个整合地理分布区和生物区演化的新生物地理模型。该模型以地理分布区和生物区联合演化为特点,在其分布区和生物区演化的同时伴随着物种形成和灭绝事件,同时估计包括拓殖事件在内的多个进化过程,进而综合古植物、古生态和地质学等多学科方法探讨高寒生物多样性的起源和演化。该研究框架可为研究全球范围内其他特定生物区多样化研究提供借鉴,使追溯某一地区特定植被类型的演化历史成为可能。

(总台央视记者 李劲松 视频图文:中国科学院西双版纳热带植物园 杨振)


(编辑 丰树琪)

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