陕西
在全球气候变化背景下，理解生物多样性的形成与变化动态至关重要。面对变化的环境，植物或迁移至新分布区以维持其原有生态位，或原地演化出新性状来适应新环境，或两种策略兼而有之。传统的生态位保守性假说认为，物种更倾向于保留其祖先生态位，即“迁移”可能比“演化”更容易。但目前也有研究认为，“演化”策略在植物响应环境变化过程中同样很重要，两种策略还可能在多种内外部因素的复杂作用下相互转变。然而，在漫长的地质历史时期，这两种策略的动态转变是如何发生的，其背后机制又是什么，目前仍不清楚。
近日，中国科学院植物研究所陈之端研究员带领的植物大数据与生物多样性保护研究团队与国内外合作者在Nature Plants期刊发表题为“Transition of survival strategies under global climate shifts in the grape family”的研究论文，揭示了全球气候变化背景下葡萄科植物生存策略的转变机制。
葡萄科植物现有18属近1,000个物种，主要分布于全球热带和亚热带地区，在形态和生境上均呈现出高度多样性，是研究植物多样化与生存策略转变机制的理想类群。
图1：葡萄科植物的代表生境
中国科学院植物研究所植物大数据与生物多样性保护团队及合作者基于世界范围内的广泛采样，构建了目前取样最全的葡萄科系统发生树（495种，物种覆盖率52%），通过多样化分析，物种分布区、生境和性状重建，结合化石、古地质以及古气候证据，揭示了葡萄科植物在不同地质历史时期的多样化进程和生存策略转变机制。
研究结果显示，现存葡萄科物种的最近共同祖先可追溯至白垩纪晚期，此后由亚洲逐步扩散至全球。渐新世后，崖爬藤属、葡萄瓮属、葡萄属和酸蔹藤属的多样化速率显著上升，这与上述类群生境变化和适应性状出现的时间相符。
图2：葡萄科植物生物地理历史重建和全球扩散路径
通过分析各地史时期的扩散事件、生境转变和关键性状演变发现，始新世时期葡萄科物种更多通过“迁移”策略应对气候变化；渐新世采用“迁移”策略的类群显著下降；中新世后大量新生境的出现促使“演化”策略成为主导。这些结果表明，植物在演化过程中并不总是遵循生态位保守原则，研究中应谨慎使用相关理论和假设。
图3：不同地史时期葡萄科植物的生存策略转变模式
综上，该研究创新性地将类群关键性状演化、生物地理扩散与环境变化相结合，深入剖析了葡萄科植物生存策略的转变模式和机制，对于增进我们对生物多样性形成与变化动态的理解，预测植物如何响应未来环境变化具有重要科学价值。
中国科学院植物研究所博士研究生尤奕晨、虞近人和吉首大学聂泽龙教授为论文共同第一作者，植物研究所鲁丽敏研究员、陈之端研究员和美国史密森研究院国家自然历史博物馆文军研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会等项目资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01726-8
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