西部地區(qū)代表植物：A.杜鵑花屬，B.馬先蒿屬，C.龍膽屬，D.風(fēng)毛菊屬。

東部地區(qū)代表植物：A.木蓮屬，B.領(lǐng)春木屬，C.金粟蘭屬，D.柯屬。　　劉冰供圖

我國是全球植物多樣性最豐富的國家之一，全球10%的開花植物（即被子植物）產(chǎn)于中國。中國既是歷史悠久的物種避難所，也是快速崛起的近期物種的發(fā)源地。然而，關(guān)于中國開花植物是在何時、以什么樣的方式聚集在一起，并形成如今的分布式樣和現(xiàn)代植被等一系列科學(xué)問題，長期沒有得到詳盡的回答。

近日，國內(nèi)外科學(xué)家的聯(lián)合研究給出了答案。2月1日，國際頂級學(xué)術(shù)刊物《自然》（Nature）發(fā)表了論文“Evolutionary history of the angiosperm flora of China”（中國被子植物進(jìn)化歷史）。該研究首次系統(tǒng)揭示了中國被子植物屬進(jìn)化的時空分布特征。

該研究歷時數(shù)年，橫跨植物系統(tǒng)學(xué)、生物地理學(xué)、植物分類學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，由中國科學(xué)院植物所陳之端團(tuán)隊、南京林業(yè)大學(xué)毛嶺峰博士聯(lián)合美國佛羅里達(dá)大學(xué)和澳大利亞國立標(biāo)本館等單位的同行們合作完成。

這項研究綜合了時間和空間兩個維度。通過時間層面的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)中國約66%的開花植物屬直到中新世早期（約2300萬年前）才出現(xiàn)。空間層面上，研究者將我國遼闊的國土劃分成100千米 × 100千米的柵格。通過計算每個柵格內(nèi)被子植物屬的平均分化時間，即得到綜合了時間與空間的數(shù)據(jù)。令人驚訝的是，其結(jié)果正好吻合了以500毫米降水線劃分的濕潤-半濕潤地區(qū)和干旱-半干旱地區(qū)，即中國東部和中國西部。

研究以《中國植物志（英文版）》（Flora of China）所載物種為標(biāo)準(zhǔn)，用大數(shù)據(jù)的手段分析了海量的植物志書、文獻(xiàn)資料、古生物化石資料、植物標(biāo)本等，并輔以大量的野外調(diào)查實(shí)證。

研究開篇引入“搖籃”和“博物館”的概念，“搖籃”指孕育新生命的地方，“博物館”指陳列古老物品的地方。從生物多樣性的角度看，“搖籃”可以理解為生物多樣性由近期物種高度分化的地區(qū)；而“博物館”則理解為物種分化在早期完成，物種多樣性是早期分化物種累計所產(chǎn)生的地區(qū)。

研究發(fā)現(xiàn)，在空間上，中國東部地區(qū)被子植物屬的分化時間古老，系統(tǒng)發(fā)育多樣性高，西部地區(qū)相對較為年輕，系統(tǒng)發(fā)育多樣性相對較低。據(jù)分析，我國東部地區(qū)對草本植物屬表現(xiàn)出“博物館”的效應(yīng)，而對木本植物則兼有物種保存的“博物館”和物種分化“搖籃”的雙重效應(yīng)——換言之，東部的木本植物既歷史相對長久，也更容易產(chǎn)生新的物種。

關(guān)于這種分布格局的原因，文章并列第一作者魯麗敏、葉建飛、劉冰認(rèn)為，西部主要是西北干旱地區(qū)和青藏高原的高寒地區(qū)，近期青藏高原的隆升和亞洲季風(fēng)的加劇使得這些地區(qū)的地形和氣候發(fā)生了巨大變化，再加上草本植物生活周期較短，適應(yīng)性較強(qiáng)，從而造就了西部地區(qū)草本植物的高度分化，所以青藏高原更像是草本植物的“搖籃”。而東部，山區(qū)的地理位置和相對穩(wěn)定的氣候條件庇護(hù)了大量起源古老的植物。

該研究還提出系統(tǒng)發(fā)育多樣性最高的地區(qū)基本都位于東部：廣東、廣西、貴州、海南和云南地區(qū)。這幾個地區(qū)也是珍稀瀕危植物的熱點(diǎn)地區(qū)。所謂熱點(diǎn)，是指物種高度豐富、特有、集中而又面臨威脅的地區(qū)。目前，研究組已經(jīng)將相關(guān)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上公開供研究者免費(fèi)下載。這些數(shù)據(jù)對國家公園、自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

陳之端領(lǐng)銜的植物系統(tǒng)發(fā)育重建研究組主要利用基因、基因組、形態(tài)學(xué)以及生物地理學(xué)等證據(jù)探討被子植物大類群的系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化。早在上世紀(jì)90年代，陳之端團(tuán)隊就開始在全國采集樣本和DNA材料，目前已經(jīng)收集了32000多號植物DNA材料和憑證標(biāo)本。

珍稀瀕危植物的熱點(diǎn)區(qū)域

2016年，陳之端團(tuán)隊在《植物分類學(xué)報（英文版）》（Journal of Systematics and Evolution）上牽頭組織了一期專輯，詳細(xì)介紹了他們的研究成果——中國維管植物的“生命之樹”。研究選取能夠代表中國維管植物93%的屬的6098個種，通過分子手段構(gòu)建的“生命之樹”，可以反映分類群的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史。研究組此次在《自然》上發(fā)表的文章，結(jié)合了空間數(shù)據(jù)，展示了中國被子植物時空分化模式，是對“生命之樹”研究的延伸。

研究生物間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史的意義何在？

“因?yàn)閭鹘y(tǒng)的生物多樣性分析是基于每一個物種都平等的假設(shè)，并沒有考慮物種間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史，但是，每個種在生命之樹上的位置是不一樣的，有的在進(jìn)化樹的基部，有的在頂端，有的在中間，基于‘生命之樹’的系統(tǒng)發(fā)育多樣性研究可以提供生物的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史信息，是對傳統(tǒng)生物多樣性研究的補(bǔ)充。”葉建飛告訴記者。

“就好比災(zāi)難來臨時，諾亞方舟只能轉(zhuǎn)移有限的人，那么，只轉(zhuǎn)移一個專業(yè)領(lǐng)域的專家有意義呢，還是轉(zhuǎn)移許多不同領(lǐng)域的專家更有意義呢？”劉冰以此比喻系統(tǒng)發(fā)育多樣性研究對生物多樣性保護(hù)工作的現(xiàn)實(shí)意義。

這項研究不僅具有重大的學(xué)術(shù)意義，還有重要的社會價值。文章通過種和屬水平進(jìn)化信息的空間分布特征，并結(jié)合現(xiàn)有自然保護(hù)區(qū)的分布情況，提出自然保護(hù)區(qū)建立的依據(jù)不僅需要考慮物種多樣性層面，更需要考慮系統(tǒng)發(fā)育多樣性的背景和空間分布特征，以期在設(shè)立自然保護(hù)區(qū)時能夠最大限度保護(hù)物種的進(jìn)化歷史信息，如對早期孑遺成分的保護(hù)。