氣候變化是加速物種滅絕和驅(qū)動(dòng)物種適應(yīng)性進(jìn)化的重要環(huán)境因子，不同地質(zhì)時(shí)期的氣候劇烈波動(dòng)對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的塑造起到了關(guān)鍵作用。生物群系(Biome)作為具有自身獨(dú)特外貌特征且受制于特定氣候條件的自然群落，呈現(xiàn)為有形的生態(tài)進(jìn)化單元，是從宏觀尺度理解生命演化過(guò)程的重要載體。研究人員近年對(duì)北極植物區(qū)系、東亞常綠闊葉林、非洲稀樹(shù)草原、溫帶高山植物區(qū)系以及全球干旱植物區(qū)系等眾多生物群系的代表類群展開(kāi)研究，揭示了古氣候變化事件對(duì)相關(guān)群系演化歷史的重要影響。但此一系列群系多起源于漸新世或中新世，其演化歷史難以從較為久遠(yuǎn)的時(shí)間尺度反映出古氣候變化事件與生物群系演化歷史之間的關(guān)聯(lián)性。

熱帶雨林是當(dāng)今地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中起源最為古老的生物群系，可能在白堊紀(jì)中期已開(kāi)始出現(xiàn)。相比于其他生物群系, 熱帶雨林擁有全球最高的年均降水量和平均氣溫，在其分布區(qū)僅占全球不足7%的陸地面積基礎(chǔ)上孕育了全球近半數(shù)生物物種，是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)中物種多樣性與生產(chǎn)量最高的生物群系，在調(diào)節(jié)全球氣候與維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著巨大作用。盡管全球氣候變化事件在很大程度上影響了眾多生物群系的演化歷史已是學(xué)界共識(shí)，但目前關(guān)于“古氣候變化事件是否影響了熱帶雨林的動(dòng)態(tài)演化歷史過(guò)程”這一問(wèn)題還頗具爭(zhēng)議。部分研究認(rèn)為古氣候變化事件對(duì)熱帶雨林的動(dòng)態(tài)演化歷史影響非常有限，熱帶雨林可能長(zhǎng)期保持相對(duì)較為穩(wěn)定的高溫、高濕環(huán)境條件，致使其物種分化速率長(zhǎng)期趨于恒定狀態(tài)，其物種多樣性隨時(shí)間持續(xù)且穩(wěn)定的積累，這一過(guò)程亦被視為熱帶雨林物種多樣化的重要演化模式。然而，另有研究則認(rèn)為熱帶雨林的物種多樣化歷程可能受到了全球氣候變化事件的影響，其物種分化速率在不同時(shí)期可能存在明顯波動(dòng)而非長(zhǎng)期趨于恒定，但相關(guān)研究大多關(guān)注于熱帶雨林類群在新生代時(shí)期的演化歷史。

棕櫚科(Arecaceae)隸屬于被子植物單子葉鴨跖草分支(Commelinid monocots)，包含約184屬2500種，其中超過(guò)90%的物種分布于熱帶雨林地區(qū)，是探討熱帶雨林演化歷史的理想對(duì)象。中國(guó)科學(xué)院華南植物園葛學(xué)軍研究員聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位的研究人員展開(kāi)合作，基于近期采用葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)手段構(gòu)建的棕櫚科屬級(jí)系統(tǒng)發(fā)育框架(Yao et al. 2023; BMC Biology 21: 50)，結(jié)合NCBI等網(wǎng)站釋放的一代測(cè)序與二代測(cè)序所得葉綠體序列數(shù)據(jù)進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)棕櫚科在物種水平的取樣(共取樣該科181屬604種)，在此基礎(chǔ)上整合系統(tǒng)發(fā)育重建、分子時(shí)間標(biāo)定及物種多樣化過(guò)程分析等研究手段，對(duì)棕櫚科在中新世之前的動(dòng)態(tài)演化歷史過(guò)程展開(kāi)研究，以棕櫚科為例結(jié)合熱帶雨林其他代表類群的研究數(shù)據(jù)對(duì)該群系動(dòng)態(tài)演化歷史過(guò)程與全球古氣候變化事件之間的關(guān)系進(jìn)行了剖析。結(jié)果表明：(1)基于物種水平擴(kuò)大取樣與大量葉綠體序列數(shù)據(jù)構(gòu)建了棕櫚科堅(jiān)實(shí)的系統(tǒng)發(fā)育框架，部分節(jié)點(diǎn)相比于前期基于葉綠體基因組學(xué)數(shù)據(jù)所得該科屬級(jí)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系獲得了更高支持;(2)棕櫚科在白堊紀(jì)中期約108.3百萬(wàn)年前開(kāi)始分化，該科多個(gè)分支可能發(fā)生過(guò)物種輻射分化事件;(3)在白堊紀(jì)中期至中新世之前的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期，棕櫚科物種分化速率隨全球平均氣溫的波動(dòng)出現(xiàn)過(guò)明顯變化，大體呈現(xiàn)為隨全球氣溫下降而降低、隨全球升溫而增加的趨勢(shì);(4)棕櫚科物種滅絕速率自漸新世開(kāi)始明顯增加，與同時(shí)期開(kāi)始出現(xiàn)的全球較低平均氣溫在時(shí)間尺度上相吻合。

該研究是目前為止對(duì)棕櫚科在物種水平取樣最為廣泛的系統(tǒng)進(jìn)化研究，研究結(jié)果不僅從葉綠體基因組學(xué)數(shù)據(jù)的角度深度解析了棕櫚科類群的系統(tǒng)演化關(guān)系，還增進(jìn)了對(duì)該科物種多樣化歷史的認(rèn)識(shí)，亦為深入理解熱帶雨林動(dòng)態(tài)演化歷史過(guò)程與全球古氣候變化事件之間的關(guān)聯(lián)性提供了重要參考。研究成果以《Pre-Miocene evolutionary dynamics of tropical rainforests from a dated phylogeny of the palm family》為題近日發(fā)表在植物學(xué)期刊New Phytologist(《新植物學(xué)家》)上，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)姚綱博士為論文第一作者，華南植物園葛學(xué)軍研究員為論文通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目“旗艦”項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際伙伴計(jì)劃以及中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70440

圖. 棕櫚科多樣化分析結(jié)果