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辰山植物園研究發(fā)現(xiàn)：中新世以來降水增加驅(qū)動(dòng)華東亞熱帶常綠闊葉林的演化
亞熱帶常綠闊葉林是東亞季風(fēng)區(qū)最重要的植被類型，在中國覆蓋了北緯23°-33°，東經(jīng)98°-123°的廣大地區(qū)，包括喜馬拉雅山南坡，橫斷山區(qū)和華東地區(qū)，也占據(jù)了日本南部北緯26.5°-37.5°的區(qū)域。然而，古植物和巖礦學(xué)證據(jù)表明，在古近紀(jì)(66-23百萬年前)，受行星風(fēng)系影響中國大陸自西向東有一條寬闊的干旱帶，幾乎覆蓋華東地區(qū)(圖1)。當(dāng)前，華東地區(qū)亞熱帶常綠闊葉林的演化歷史受到了許多關(guān)注，但其演化格局仍不清晰，主要驅(qū)動(dòng)因子也缺乏直接的證據(jù)。
圖1 古近紀(jì)及新近紀(jì)中國干旱帶的分布(引自郭正堂2017)
櫟屬青岡櫟組是東亞常綠闊葉林的優(yōu)勢類群之一，最早的化石約有48百萬年的歷史(圖2)，起源時(shí)間早于華東地區(qū)的亞熱帶常綠闊葉林。我們對(duì)已發(fā)表的青岡櫟組35個(gè)物種的譜系進(jìn)行了重新定年(圖3)，結(jié)合各物種的分布信息和氣候數(shù)據(jù)，比較了青岡櫟組7個(gè)支系在地理分布和氣候適應(yīng)性上的差異，重建了青岡櫟組氣候適應(yīng)性的演化歷史。
圖2 東亞地區(qū)青岡櫟組的化石記錄
圖3 以溫度和降水變化趨勢為背景的青岡櫟組譜系(A赤皮青岡;B青岡櫟組的譜系，根據(jù)Deng等2018修改;C古新世以來溫度和降水的變化)
青岡櫟組各支系的地理分布(圖4)及其氣候適應(yīng)性(圖5)顯示：較早分化的Cyclobalanoides、Lamellosa和Helferiana支系主要分布于西南高海拔地區(qū)，適應(yīng)溫度日較差大而季節(jié)性弱、旱季降水少的氣候;而Semiserrata, Acuta, Glauca和Gilva 支系廣泛分布于東部低海拔地區(qū)，適應(yīng)溫度日較差小而季節(jié)性強(qiáng)、干季降水較多的氣候。
圖4 青岡櫟組及其7個(gè)支系的地理分布(數(shù)據(jù)點(diǎn)為實(shí)際分布，藍(lán)色背景示潛在分布)
圖5 青岡櫟組各支系氣候適應(yīng)性比較(A主成分分析，B多重比較)
青岡櫟組氣候適應(yīng)性差異隨時(shí)間的變化顯示：自19百萬年前以來，與夏季降水相關(guān)的多個(gè)因子(最熱季降水量、最濕季降水量、年降水量、最濕月降水量)在青岡櫟祖先節(jié)點(diǎn)間的差異顯著高于布朗運(yùn)動(dòng)模型的預(yù)測，提示這一時(shí)期發(fā)生了與夏季降水相關(guān)的強(qiáng)烈適應(yīng)輻射。重建的氣候生態(tài)位演化過程表明：自19百萬年前以來，中國東部的青岡櫟支系發(fā)生了與亞熱帶季風(fēng)氣候相適應(yīng)的顯著的氣候生態(tài)位分化。
圖6 青岡櫟組氣候適應(yīng)性差異隨時(shí)間的變化(A)和重建的氣候適應(yīng)性演化歷史(B)
結(jié)合已發(fā)表的文獻(xiàn)，我們認(rèn)為：自中新世早期以來，東亞季風(fēng)增強(qiáng)帶來豐沛的降水使中國東部由干旱地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜常綠木本植物生存的濕潤地區(qū)，青岡櫟組以及亞熱帶常綠闊葉林的多個(gè)重要組分都在這一時(shí)期發(fā)生了輻射演化，共同促進(jìn)了中國東部常綠闊葉林的興起和擴(kuò)張。
該研究以“Enhanced precipitation has driven the evolution of subtropical evergreen broad‐leaved forests in eastern China since the early Miocene: Evidence from ring‐cupped oaks”為題，于2023年10月15日在線發(fā)表于Journal of Systematics and Evolution期刊(影響因子3.7，中科院1區(qū))。論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jse.13022上海辰山植物園副研究員金冬梅與聯(lián)合培養(yǎng)研究生袁泉為共同第一作者;金冬梅和宋以剛副研究員為共同通訊作者，上海師范大學(xué)戴錫玲副教授和瑞士Fribourg大學(xué)Gregor Kozlowski教授為共同作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金(31901217)和上海市綠化和市容管理局科研專項(xiàng)(G192422)的支持。
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