高寒植物是高山隆升后植物適應(yīng)極端或極限生存環(huán)境的產(chǎn)物，在嚴(yán)酷的自然環(huán)境中，高寒植物進(jìn)化出特殊的抗寒、抗旱、抗紫外線的機(jī)制，是人類重要的基因?qū)殠?kù)。全球高寒生物區(qū)約有10000種高等植物，研究高寒地區(qū)生物多樣性的起源與演變及對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)，不但可以認(rèn)識(shí)山地多樣性形成的過(guò)程，而且還可以用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化對(duì)高寒植物多樣性的影響。

高寒生物區(qū)是地球上海拔最高的陸地生態(tài)系統(tǒng)，主要分布在青藏高原及周邊喜馬拉雅和橫斷山，落基山脈，安第斯山，阿爾卑斯山等地區(qū)。高寒生物多樣性的形成不僅對(duì)理解整個(gè)山地生物多樣性的形成，也對(duì)認(rèn)識(shí)高山地形地貌的形成具有重要意義。

圖：橫斷山高寒植物多樣性

世界第三極高寒生物多樣性的形成時(shí)間是一個(gè)難以解開(kāi)的謎

青藏高原及周邊的橫斷山和喜馬拉雅山區(qū)被稱為世界屋脊和第三極，擁有全球海拔最高的高寒生態(tài)系統(tǒng)及最豐富的高寒植物多樣性。科學(xué)界對(duì)安第斯山、東非高山、阿爾卑斯等地區(qū)高寒生物多樣性的形成時(shí)間的研究表明，其生物多樣性快速增加的時(shí)間大都在晚中新世–上新世（距今500萬(wàn)年）以后，這與其最后階段的山體隆升和高寒環(huán)境形成的時(shí)間大致相同。而此前根據(jù)不同的研究方法得到的結(jié)果，青藏高原及周邊的橫斷山和喜馬拉雅山區(qū)的高寒生物多樣性的形成時(shí)間可能很古老也可能很年輕，這成為一個(gè)長(zhǎng)期困擾科學(xué)界的謎。

橫斷山是揭開(kāi)世界第三極高寒生物多樣性形成神秘面紗的關(guān)鍵

橫斷山區(qū)位于青藏高原東南緣，金沙江、瀾滄江、怒江三條大江在其間并行奔流，形成了高差懸殊的復(fù)雜地貌及垂直分布明顯的植被帶。橫斷山的高寒生物多樣性，是生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)中的熱點(diǎn)，其多樣性形成歷史及對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)對(duì)于認(rèn)識(shí)全球植物多樣性分布格局有重要意義。據(jù)最近的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，橫斷山高寒地區(qū)種子植物達(dá)3000種以上，占了全球高山植物的30%，使其物種豐富度上可與熱帶安第斯山脈的高寒生物區(qū)相媲美，是高加索地區(qū)的3倍，阿爾卑斯的5倍，同時(shí)也遠(yuǎn)高于面積更廣闊的青藏高原和喜馬拉雅地區(qū)。

圖：橫斷山區(qū)的地形地貌

區(qū)分橫斷山、喜馬拉雅和青藏高原，比較研究帶來(lái)的新發(fā)現(xiàn)

傳統(tǒng)上傾向于將青藏高原及周邊的橫斷山和喜馬拉雅山區(qū)作為一個(gè)整體研究，在此前很少有人系統(tǒng)的將其加以區(qū)分和比較。為了回答青藏高原及周邊的橫斷山和喜馬拉雅山區(qū)高寒地區(qū)植物多樣性的起源時(shí)間，成分來(lái)源及其驅(qū)動(dòng)因素，深入解析該地區(qū)的多樣性演化過(guò)程，揭示其與環(huán)境變化之間的關(guān)系，中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園星耀武研究員指導(dǎo)博士研究生丁文娜，選取橫斷山及其鄰近高寒生物區(qū)多樣性較高的18個(gè)被子植物類群共計(jì)3798種植物，整合地理分布區(qū)和生物區(qū)的演化建立了一個(gè)新的生物地理模型，分別計(jì)算不同地區(qū)就地演化速率和遷移速率以及多樣性隨時(shí)間的積累，從而推斷橫斷山、喜馬拉雅和青藏高原高寒生物區(qū)是如何形成和演變的。相關(guān)研究成果于2020年7月31日在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志。

圖：《科學(xué)》雜志（Science）網(wǎng)站報(bào)道

橫斷山是世界上已知起源最早的高寒生物區(qū)，是高寒物種起源和分化的搖籃

研究結(jié)果顯示，橫斷山高寒植物多樣性的積累始于早漸新世（距今約3000萬(wàn)年），是世界上已知起源最早的高寒生物區(qū)，之后分別在距今2300至1500萬(wàn)年和1000萬(wàn)年至700萬(wàn)年兩個(gè)時(shí)期就地演化速率加快，是新近紀(jì)降溫、造山運(yùn)動(dòng)與季風(fēng)演化共同作用的結(jié)果。除就地演化外，橫斷山高寒植物多樣性的另一主要來(lái)源是非高寒植物 (中低海拔)遷移至高寒生物區(qū)適應(yīng)性演化而來(lái)，而喜馬拉雅和青藏高原的高寒類群主要來(lái)源都是橫斷山，橫斷山分別貢獻(xiàn)了遷入喜馬拉雅和青藏高原高寒類群總量的42 %和44 %。

因此，橫斷山不僅是保存該地區(qū)最豐富高寒物種的博物館，也是整個(gè)青藏-喜馬拉雅-橫斷山地區(qū)高寒生物多樣性起源的搖籃。橫斷山的高寒生物多樣性形成歷史對(duì)認(rèn)識(shí)與其毗鄰的青藏高原和喜馬拉雅的生物多樣性形成歷史至關(guān)重要，并且在其中扮演了非常關(guān)鍵的角色，從而強(qiáng)有力地證明了保護(hù)這個(gè)溫帶生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)的重要性。

青藏-喜馬拉雅-橫斷山地區(qū)地形圖。圖中照片分別代表了選擇的18個(gè)類群（順時(shí)針從上到下依次為：大黃屬，火絨草屬，風(fēng)毛菊屬，柳屬，石竹目，香青屬，龍膽屬，虎耳草屬，翠雀族，馬先蒿屬，蔥屬，杜鵑花屬，報(bào)春花亞科，紅景天屬，葶藶屬，雀兒豆屬，綠絨蒿屬和棱子芹屬）。餅狀圖表示所有取樣的類群中高寒物種在每個(gè)地區(qū)所占的比例。紅色的圓點(diǎn)代表用于重建古高程或者關(guān)鍵地質(zhì)事件的地點(diǎn)。它們分別是：1 = 凱拉斯，2 = 恰布林，3 = 林周，4 = 尼瑪，5 = 倫坡拉，6 = 芒康，7 = 劍川，8 = 珠穆朗瑪峰，9 = 南木林，10 = 札達(dá)，11 = 貢嘎山，12 = 長(zhǎng)江。

新的生物地理模型讓追溯特定植被類型的演化歷史成為可能

有別于傳統(tǒng)的通過(guò)單個(gè)或少數(shù)類群的分化時(shí)間來(lái)推測(cè)特定植被類型的起源，本研究建立了一個(gè)整合地理分布區(qū)和生物區(qū)演化的新生物地理模型。該模型以地理分布區(qū)和生物區(qū)聯(lián)合演化為特點(diǎn)，在其分布區(qū)和生物區(qū)演化的同時(shí)伴隨著物種形成和滅絕事件，同時(shí)估計(jì)包括拓殖事件在內(nèi)的多個(gè)進(jìn)化過(guò)程，進(jìn)而綜合古植物、古生態(tài)和地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科方法探討高寒生物多樣性的起源和演化。

該研究框架可為研究全球范圍內(nèi)其他特定生物區(qū)多樣化研究提供借鑒，使追溯某一地區(qū)特定植被類型的演化歷史成為可能。

作者：星耀武、丁文娜

原文：研究發(fā)現(xiàn)橫斷山是高寒植物的起源地和避難所

http://xtbg.cas.cn/2022/kxyj01/kydt_1/202007/t20200731_5648412.html

來(lái)源: 西雙版納熱帶植物園