山地系統(tǒng)是全球生物多樣性保護的關(guān)鍵區(qū)域,其生物多樣性的形成與演化是受地球板塊運動和氣候變化的共同影響,最終落腳于物種形成、拓殖和滅絕等事件的綜合過程。重建物種演化歷史并解析其驅(qū)動因素,不僅有助于揭示區(qū)域生物多樣性形成的基本規(guī)律,也將為預(yù)測全球氣候變化下的生物響應(yīng)提供重要參考。
橫斷山區(qū)是全球?36?個生物多樣性熱點地區(qū)之一,僅占我國陸地面積的5%,卻孕育了超過30%的維管植物和陸生脊椎動物,其中還包含大量的特有物種。該地區(qū)地質(zhì)歷史復(fù)雜,既經(jīng)歷了劇烈的造山運動,又深受亞洲季風(fēng)演化的深遠(yuǎn)影響。前期研究提示,橫斷山區(qū)豐富的植物多樣性主要通過本地分化(in situ speciation)積累,且爆發(fā)時間與山體快速隆升時期一致(Xing & Ree ,2017);而基于哺乳動物的研究則提示外來拓殖(colonization)是其主要的積累模式(Feijó et al.,2022)。這是否意味著一個區(qū)域物種多樣性的繁盛可以通過多種模式形成?上述的研究差異是否是由于類群本身特性所導(dǎo)致?重大的地質(zhì)和氣候事件能否超越類群特性而引發(fā)多樣性的同步爆發(fā)?
為了回答上述問題,昆明動物研究所(種質(zhì)庫動物分庫運行依托單位)車靜團隊領(lǐng)銜生物多樣性中心及國內(nèi)多個團組,以陸生脊椎動物為研究對象,對橫斷山區(qū)生物多樣性的形成演化機制開展了系統(tǒng)性研究。研究最大程度地囊括了兩棲類、爬行類、鳥類和獸類,共計4 ,862種陸生脊椎動物,其中851種分布于橫斷山區(qū),覆蓋該地區(qū)陸生脊椎動物多樣性的73.4%。研究重建了橫斷山區(qū)陸生脊椎動物的時空演化格局,通過跨類群的比較分析發(fā)現(xiàn),各類群表現(xiàn)出與自身特性相關(guān)的差異化演化模式:本地分化事件在擴散能力較弱的兩棲類和爬行類中占比較高,在獸類中本地分化與外來拓殖事件貢獻相當(dāng),而在具有較強擴散能力的鳥類中則呈現(xiàn)出外來拓殖事件占主導(dǎo)的模式(圖1)。從整個陸生脊椎動物角度,研究支持橫斷山區(qū)既是新物種大量產(chǎn)生的“搖籃(cradle)”,也是周邊生物區(qū)系的“匯集區(qū)(sink)”,其中超過30%的外來拓殖事件源自印馬地區(qū)(Indo-Malay region)(圖2)。盡管不同類群在多樣性累積模式上表現(xiàn)出顯著差異,但該地區(qū)在中新世晚期活躍的造山運動及季風(fēng)增強卻引發(fā)了它們在這一時期同步的多樣性爆發(fā)(圖3)。通過多類群整合分析,該研究為理解區(qū)域多樣性演化機制提供了新的見解,提示以特定類群作為研究對象往往會帶來結(jié)果的巨大差異,應(yīng)在研究中注意對不同類群生物特性的分析和考慮。同時,在未來的保護規(guī)劃中也應(yīng)充分考慮類群特性,以有效應(yīng)對不同類群的獨特需求與挑戰(zhàn)。
研究成果以“Contrasting evolutionary trajectories of terrestrial vertebrates in the Hengduan Mountains hotspot”為題,近日發(fā)表于National Science Review《國家科學(xué)評論》(https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf157)。昆明動物所博士研究生盧宸祺、版納植物園丁文娜博士(現(xiàn)瑞士聯(lián)邦森林、雪與景觀研究所WSL博士后)、昆明動物所徐偉博士(現(xiàn)法國國家可持續(xù)發(fā)展研究所博士后)為本文共同第一作者,車靜研究員和張亞平研究員為共同通訊作者。昆明動物所李權(quán)副研究員、吳飛副研究員、董鋒研究員、蔣學(xué)龍研究員、宜賓學(xué)院郭鵬教授以及加拿大安大略省皇家博物館Robert W Murphy教授等多個團組成員也參與了此項研究。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、云南省“興滇英才支持計劃”、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(B類)、中國西南野生生物種質(zhì)資源庫動物分庫(國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施專項)和瑞士博士后獎學(xué)金等項目的資助。

圖1?本地分化和外來拓殖事件對橫斷山區(qū)陸生脊椎動物四大類群多樣性的貢獻差異。紅色組分及線條代表本地分化事件,綠色組分及線條代表外來拓殖事件。

圖2?橫斷山區(qū)陸生脊椎動物外來拓殖路線,其中31.8%的外來拓殖事件來自印馬地區(qū)。

圖3?橫斷山區(qū)生物演化與地質(zhì)氣候歷史的關(guān)系示意圖。第一階段:漸新世早期,橫斷山區(qū)已隆升至一定高度,特化的山地環(huán)境初步形成。陸生脊椎動物開始出現(xiàn)本地本化事件,植物中特化的高寒植物類群也在同一時期起源。第二階段:中新世晚期,在造山運動和季風(fēng)增強的共同驅(qū)動下,陸生脊椎動物及植物幾乎在同一時間(7-8 Ma)出現(xiàn)了多樣性的爆發(fā)。