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植物研究挑战了热带作为现代进化创新地点的声誉

令人惊讶的是,一个主要的开花植物群在温带的进化速度是热带的两倍。这一发现与长期以来的假设相悖,即拥有地球上最丰富生物多样性的热带地区在产生新物种方面要比温带地区快。

热带地区是蔷薇属植物的诞生地,蔷薇属植物从红树林到玫瑰再到橡树,占开花植物的四分之一以上。但在对大约2万种rosid物种的分析中,研究人员发现,热带rosid的进化速度远远落后于温带地区较年轻的群体。

尽管玫瑰猴起源于9300万至1.15亿年前,但在过去的1500万年里,随着全球气候变冷,温带栖息地不断扩大,玫瑰猴种群多样化或形成新物种的速度急剧加快。密西西比州立大学生物科学助理教授、植物标本馆馆长、该研究的共同首席作者莱恩·福克说,如今,在美国东南部等地,玫瑰品种的多样化速度远远快于赤道热带雨林。

“每个人都知道热带雨林的多样性。你会认为所有的进化行为都发生在它们身上,”福克说,他曾是佛罗里达自然历史博物馆的博士后研究员。“但我们发现,实际上是地球上的温带地区——我们自己的后院——最近的许多行动正在发生。”

查尔斯·达尔文曾经把最早的开花植物进化并在地球上传播的速度描述为“令人憎恶的神秘”。随着温度成为一个复杂的因素,科学家们仍在追踪这些植物进化成功的背后驱动力:一些研究表明,温暖地区的花朵进化速度加快,而另一些研究则指出气候较冷地区的花朵进化速度加快。关于高纬度和低纬度对植物多样化的影响的研究也产生了类似的相互矛盾的结果。

一组进化生物学家选择玫瑰作为候选物种,在对该物种进化的首次大规模评估中,对温度和植物多样性之间的关系进行了更深入的研究。研究报告的合著者、佛罗里达博物馆馆长、佛罗里达大学特级教授道格拉斯·索尔提斯说,rosids大约有9万到12万个物种,生活在几乎所有的陆地栖息地,rosid树塑造了大多数温带和许多热带森林。

“对我来说,这是陆地上最大的进化事件之一——出现了以罗西为主导的森林,”他说。其他物种,如两栖动物、昆虫和蕨类,在蔷薇的阴影下变得多样化。

研究小组的研究表明,在地球的温室气候开始变冷变干,许多热带和亚热带栖息地转变为温带栖息地之后,玫瑰猴的进化突飞猛进——这为进化上进取的生物提供了新的栖息地。

相比之下,热带地区的多样性不是由于进化机制,而是由于稳定性:人们说,热带植物群落“可以说没有灭绝”。

这一发现与该团队在另一组被称为Saxifragales的植物中发现的类似模式相呼应,但研究人员对这种模式是否适用于其他植物或动物的猜想持谨慎态度。

“很难说生命对温度的反应有一种普遍的模式,”该研究的共同第一作者苗孙说,他是丹麦奥胡斯大学的博士后研究员,前佛罗里达博物馆博士后研究员。“另一方面,根据我们的研究,似乎有一种趋势正在形成,即热带地区的生物多样化率比温带地区要低。但仍然很难判断这种模式在多大程度上适用于生命之树。”

如果气温下降刺激了rosid的多元化,那么在全球变暖的情况下,该集团会如何发展?研究人员说,预后并不乐观。

该研究的合著者、佛罗里达博物馆馆长、佛罗里达大学特聘教授帕梅拉·索尔蒂斯说,玫瑰本来能够适应寒冷的生态环境,但现在可能无法适应气温上升,尤其是以目前的变化速度。

她说:“气温升高可能会减缓物种多样化的速度,但更糟糕的是,我们不指望目前生活在北极或高山地区的物种能够对温度的迅速升高作出反应。”“这种变化发生得太快了,我们已经看到一些物种在北半球向北迁移,或向山上迁移,还有更多的物种面临灭绝或已经灭绝。”

该小组利用来自GenBank和iDigBio等自然历史数据库和全球生物多样性信息设施的遗传数据,收集了20,000个物种和300万个植物发生记录的DNA数据——这是迄今为止最大的此类调查之一。

“如果没有自然历史收集的数据,这项工作是不可能完成的,”佛罗里达博物馆生物信息学策展人、研究的共同负责人和资深作者罗伯特·古拉尔尼克说。玫瑰是一种非常成功的开花植物。向窗外看,你会看到罗莎丝。这些植物存在的原因是经过数百万年的过程,现在我们知道了其中的基本原因。”

研究人员在《自然通讯》上发表了他们的发现。

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