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云南發(fā)現(xiàn)晚始新世-早漸新世北美紅杉化石揭秘其生物地理演化史
北美紅杉屬(Sequoia)作為柏科植物類群，其現(xiàn)存物種僅分布于美國西海岸狹窄區(qū)域，而地質(zhì)歷史時期曾廣泛遍布北半球。這種分布格局的形成背后，隱藏著怎樣的氣候變遷與物種擴散密碼?中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)古生態(tài)研究組，聯(lián)合云南大學(xué)、成都理工大學(xué)等多家單位的研究團隊，在云南建水面甸盆地發(fā)現(xiàn)了晚始新世-早漸新世的北美紅杉葉片化石，為解答這一科學(xué)問題提供了關(guān)鍵證據(jù)。相關(guān)研究成果以“Palaeogene Sequoia leaves from Yunnan Province,China and their biogeographical significance”為題，發(fā)表于國際期刊Journal of Palaeogeography。
研究團隊在云南建水福運煤礦的河湖相沉積地層中，采集到了保存完好的北美紅杉屬葉片化石。通過精細的形態(tài)學(xué)觀察與角質(zhì)層分析，發(fā)現(xiàn)這些化石具有互生葉序、下延扭曲的葉基、直的表皮細胞壁以及被四個副衛(wèi)細胞包圍的氣孔等特征，與現(xiàn)生北美紅杉及云南文山發(fā)現(xiàn)的馬關(guān)紅杉(Sequoia maguanensis)形態(tài)高度相似，最終將其鑒定為馬關(guān)紅杉。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了東亞地區(qū)北美紅杉化石的記錄，也為確定該物種在始新世晚期至漸新世早期的分布范圍提供了直接證據(jù)。
為重建北美紅杉的歷史分布動態(tài)，研究團隊以現(xiàn)生北美紅杉(Sequoia sempervirens)為參照，結(jié)合全球各地的北美紅杉化石記錄與不同地質(zhì)時期的古氣候數(shù)據(jù)，利用MaxEnt模型模擬了古新世至上新世北美紅杉的潛在適宜分布區(qū)。結(jié)果顯示，北美紅杉偏好溫暖濕潤的氣候條件，隨著始新世至上新世全球氣溫逐漸下降，其分布區(qū)持續(xù)向南遷移，棲息地不斷向低緯度收縮。
基于化石證據(jù)與模型模擬結(jié)果，研究團隊還原了北美紅杉的起源與擴散路徑：北美紅杉可能起源于早白堊世的東亞，隨后通過白令陸橋擴散至北美;古新世時期擴展到格陵蘭和斯瓦爾巴群島;始新世紀(jì)由北大西洋陸橋抵達西歐;漸新世已廣泛分布于歐洲并延伸至西伯利亞;中新世從東亞進一步擴散至地中海地區(qū)和泰國北部。第四紀(jì)冰期的到來導(dǎo)致北美紅杉在歐亞大陸和北美大部分地區(qū)消失，僅在美國西海岸保留了殘存種群。
對于北美紅杉在中國西南地區(qū)的消失原因，研究指出，東亞季風(fēng)的強化與北美紅杉的形態(tài)保守性是關(guān)鍵因素。云南地區(qū)自早漸新世后季風(fēng)氣候逐漸增強，形成了明顯的干濕季，冬季降水稀少的環(huán)境難以滿足北美紅杉生長所需的穩(wěn)定水分條件。而北美紅杉在漫長地質(zhì)歷史中形態(tài)變化極小，未能演化出適應(yīng)干旱環(huán)境的特征，最終導(dǎo)致其在該區(qū)域滅絕。
該研究通過化石發(fā)現(xiàn)與模型模擬的結(jié)合，清晰揭示了北美紅杉屬的起源、擴散路線及其對全球氣候變化的響應(yīng)模式，為理解北半球植物區(qū)系的演化歷史與氣候驅(qū)動機制提供了重要案例。版納植物園古生態(tài)研究組碩士研究生楊仁丹為第一作者，版納植物園李樹峰研究員和成都理工大學(xué)蘇濤研究員為共同通訊作者，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、昆明理工大學(xué)等單位參與了該項工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園“十四五”規(guī)劃項目的資助。
Sequoia與現(xiàn)生北美紅杉葉片圖
古新世至上新世Sequoia的潛在適宜分布區(qū)及化石分布圖
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