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昆明植物所在古熱帶物種豐度格局研究中取得新進展

  物種豐度格局的形成機制是生態學、生物地理學以及進化生物學等領域一直存在且尚未解決的問題。在區系演化過程中,一個區域內的物種多樣性會受到該地區的物種分化和滅絕速率,以及傳播事件(時間和頻率)的直接影響。因此,在解釋區域間物種豐度差異的理論上,主要存在兩個假說:1、速率假說,即物種多樣性較高的地區是由于其具有更快的多樣化速率;2、時間假說,即物種在該地區更早發生拓殖,使得物種有更多的時間進行多樣化,從而造成了更高的物種豐度。 

  古熱帶包括亞洲、非洲和大洋洲的熱帶地區,涵蓋了例如婆羅洲、菲律賓群島、新幾內亞等眾多全球生物多樣性熱點地區,也呈現了多樣的區域間豐度差異模式。然而迄今為止,還沒有研究來闡述是哪些因素造成了古熱帶地區物種多樣性差異。另外,“華萊士線”作為古熱帶地區的一條著名的生物地理線(圖1),在影響馬來動植物區系的分布、物種和譜系分化中發揮了重要的作用,但目前卻很少有研究關注“華萊士線”對影響其兩側類群多樣化的作用。蘇鐵屬(Cycas)為蘇鐵科單型屬,是典型的古熱帶分布類群。蘇鐵屬包含了約120種,在分布區之間顯示出強烈的區域間物種豐度差異(圖1),其中,中南半島和澳大利亞北部地區具有最高的多樣性,分布了超過70%的物種。為了揭示古熱帶區域物種豐度差異的形成機制,中國科學院昆明植物研究所龔洵研究團隊與國外研究人員合作,以蘇鐵屬為模式代表,選取了屬下近90%的物種,基于葉綠體和核基因數據重建了其系統發育關系和生物地理歷史。通過估算不同生物地理分區的拓殖時間、多樣化速率以及分布區面積和擴散頻率,來探討這些因素對影響古熱帶區域物種豐度的影響,以及“華萊士線”對物種傳播和多樣化進程的作用。 

  結果表明:(1)區域物種豐度差異與首次拓殖時間顯著相關(圖2a),并且這種相關性不受來自分子標定所帶來的節點時間差異影響。(2)多樣化速率不能解釋蘇鐵屬在古熱帶的區域多樣性差異(圖2c-d)。(3)蘇鐵屬的物種豐度差異格局顯著受到來自時間和速率的雙重因素的影響(圖2e-f)。(4)物種豐度模式與不同分布區面積有關(圖2g),但與擴散頻率無關(圖2h)。(5)跨越華萊士線的蘇鐵類群顯示了物種多樣化進程的加速(圖3a-b),這種多樣化速率的提升可能和其表型的快速演化以適應在澳洲大陸新的生境有關。但“華萊士線”在限制蘇鐵的跨線傳播上并沒有顯著效應(圖3c-d),這可能是由于一些蘇鐵屬類群的種子具有漂浮傳播的能力而導致。 

  該研究支持拓殖時間這一因素是影響物種豐度格局的首要機制,并提出時間和速率兩種因素共同發揮作用從而影響了蘇鐵屬在古熱帶的物種豐度差異。以上結果為古熱帶物種多樣性格局及形成機制提供了新見解,也為后續相關研究提供了范例。相關結果以“Testing the causes of richness patterns in the paleotropics: Time and diversification in cycads (Cycadaceae)”為題發表在生態學期刊Ecography上。劉健博士為論文的第一作者,美國加州科學院的Nathalie Nagalingum博士,亞利桑那大學的John Wiens教授, 中科院昆明植物研究所龔洵研究員為本文的共同通訊作者,泰國Nong Nooch熱帶植物園的Anders Lindstrom也參與了該項研究。本研究得到國家自然科學基金(31900184),云南省自然科學基金(202001AT070072),中科院西部之光項目(Y8246811W1)以及國家留學基金委項目(201804910257)等的支持。  

  文章鏈接 

 

圖1 蘇鐵屬的分布以及區域間物種豐度格局 

  

圖2 蘇鐵屬物種豐度與各種因素的相關性 

  

圖3 華萊士線對蘇鐵物種多樣化速率以及傳播的影響 

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