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结果表明位于下部的MK3层所代表的地质年代为3

文章作者:4858美高梅网址 上传时间:2019-09-20

物种形成(speciation)研究作为进化生物学研究的主要焦点之一,近年来在多个方面取得进展(The Marie Curie SPECIATION Network, 2012)。物种形成机制研究有助于人们对生物多样性(biodiversity)的理解和保护,因此在近二十多年以来的研究中呈显著上升趋势(Santini et al., 2012)。对物种形成机制、物种界限的研究有利于物种这一生命科学基本问题的理论基础研究,也将会对生物多样性保育等多方面提供理论基础。对植物来说,如何定义物种及物种界限,将直接影响生物多样性评价以及相应的保护、维持成本,具有一定的社会价值。

青藏高原东南缘的古高程重建对于研究整个高原的隆升过程以及该地区的物种形成演变历史都起着至关重要的作用。之前对于青藏高原东南缘的古高程研究主要基于生物地层的对比,认为这一地区的抬升发生在新近纪,许多分子系统学研究也据此推论青藏高原东南缘的物种分化主要在新近纪发生。

中国西南高山峡谷带由于其复杂的地质地貌结构和较大的海拔梯度落差,拥有较高的生物多样性。随着海拔梯度的变化,近缘物种在形态上也体现了一定程度的变异,而导致不同物种的界定,即所谓的“姊妹种”的产生。但是这类变异很有可能是单一物种的不同生态型。如何区分生态型与客观存在的物种,是影响物种多样性的普遍问题。

最近中国科学院西双版纳热带植物园古生态研究组副研究员苏涛、研究员周浙昆及该组的客座教授Robert A. Spicer等人联合国内外9所科研院校的同行,经过多年的野外工作,在西藏芒康县新生代地层中发现了保存完好的植物化石和火山凝灰岩。植物化石分别产于4个层位,其中MK3和MK1层化石保存最佳,种类和数量都较多,能够进行古气候和古高程重建的研究。另外,在这两层化石的邻近层位还发现了火山凝灰岩,为确定绝对地质年代奠定了基础。研究人员利用氩-氩法对地层中的火山凝灰岩进行了测年,结果表明位于下部的MK3层所代表的地质年代为34.6 ± 0.8 Ma,而位于上部的MK1层所代表的年代为33.4 ± 0.5 Ma。这段时期地球历史恰巧经历了始新世到渐新世的转折期(Eocene-Oligocene Transition,时间界限为33.9 Ma)。整体上看,这套地层中的化石植物类群和青藏高原东南缘现代不同海拔的植物类群具有很高的相似度。其中,MK3层所出产的化石主要类群为壳斗科的常绿类群青冈亚属植物(Quercussubg.Cyclobalanopsis)和落叶类群桦木科(Betulaceae),代表了常绿和落叶混交的森林;而MK1层的类群包括小叶的柳属(Salix)、蔷薇属(Rosa)、高山栎组(Quercussect.Heterobalanus)等,代表了高山矮灌丛类型。通过气候-叶相多变量分析程序显示,古温度经历了一定的降低过程。利用湿静态能原理重建了MK3和MK1层所代表的古高程,其中MK3层的古高程为2910 ±910米,而MK1层的古高程为3850 ±910米,表明该地区的古高程在始新世到渐新世的转折期上升了约900米,并接近或达到现代的海拔高度3900米。

中国科学院成都生物研究所高信芬课题组副研究员高云东,采用我国西南高山灌丛植物绢毛蔷薇(Rosa sericea)和峨眉蔷薇(Rosa omeiensis)为研究对象,利用群体遗传学及生态位对比分析的方法,对这一物种界限不清楚的姊妹类群进行了深入的研究。其结果表明虽然分子证据不足以对其进行区分,生态位的差异化是两个物种进行区别的关键因素。而由于冰期的影响导致高海拔物种峨眉蔷薇的下迁,从而使这两个物种在分布上有很大程度的重叠而产生了基因交流,导致在分子层面上不可分,是一种典型的临域性物种形成(Parapatric speciation)导致的结果。而在当前越来越依赖分子系统学作为分类学标准的背景下,以结合形态学、生态学及完善的群体遗传学研究建立的“整合物种学”概念为指导思想的物种划分更为客观,是今后物种理论研究的主要方向。该成果近期在线发表在国际植物学期刊Frontiers in Plant Science上。

该研究主要有三方面的重要意义:1)证明了青藏高原东南缘的古高程在晚始新世就已经较高,早渐新世可能已经接近或达到了现在的高程;2)始新世-渐新世之交全球范围内的降温和青藏高原东南缘的继续抬升,使得该地区的植被从常绿落叶阔叶混交林转变为高山落叶灌丛,叶形显著变小也是这种变化的一个重要特征;3)地形地貌是物种形成与演变的重要基础,化石植物群物种组成表明,青藏高原东南缘植物多样性的现代化面貌不晚于晚始新世就已经出现,这远远早于之前许多分子生物学研究估算的结果。

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这项成果以Uplift, Climate and Biotic Changes at the Eocene-Oligocene Transition in Southeast Tibet 为题发表于国际综合性学术期刊National Science Review。该研究得到国家自然科学基金项目(31470325、41661134049、U1502231)、中科院先导专项(XDA20070301)、版纳植物园引进人才A类短期特聘研究员项目、英国环境理事会项目(NE/P013805/1)、中科院前沿科学与教育局拔尖青年人才计划(QYZDB-SSW-SMC016)、中科院青年创新促进会以及中科院“一三五”专项方向一(2017XTBG-F01)的联合资助。

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论文链接

西南高山灌丛植物绢毛蔷薇(Rosa sericea)和峨眉蔷薇(Rosa omeiensis

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芒康盆地及其邻近区域地质图

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芒康盆地拉屋拉组地层与植物化石概况及古高程重建结果

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