近日,中国科学院华南植物园研究员康明团队联合广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所林春蕊研究员等,成功揭示了生物与非生物多因素协同促进蜘蛛抱蛋属(天门冬科)快速辐射的机制,为理解植物物种快速分化提供了新见解。相关成果以封面故事的形式发表于《植物学报》(JIPB)。
当期期刊封面。研究团队供图,下同
解析全球生物多样性在不同时空尺度的形成机制,是当前进化生物学领域的重大科学问题,其核心在于揭示物种快速分化的驱动力。目前,主要有两种观点阐述物种快速分化驱动机制:“宫廷小丑”模型认为非生物因素(如气候波动、造山运动等)主导大尺度物种分化;“红皇后”模型则认为生物因素(如性状创新、生物间相互作用等)是主要驱动力。实际上,生物宏演化受多种生物和非生物因素共同作用,但以往研究多聚焦单一或一类因素,忽视多种因素协同,即多种非生物与生物因素时空耦合塑造多样化格局。
蜘蛛抱蛋属(又称一叶兰)是单子叶植物天门冬科的一个大属,已发表超200个物种,主要分布于亚洲热带、亚热带地区,中越边境喀斯特石灰岩地区是其物种多样性中心。该属物种地理分布式样和花形态多样性显著,如广泛的邻域及同域分布、丰富的柱头拟态性状。其地理分布模式不仅预示生态物种形成普遍存在,也暗示种间竞争对物种分化有重要作用;丰富花性状多样性间接反映传粉者选择对物种分化的作用,尤其是与蕈蚊的传粉-哺育互利共生关系可快速促进双方分化。可见,该属物种分化受多方面生物与非生物因素影响,但当前对其进化历史认识尚少。
多种生物与非生物因素协同作用于蜘蛛抱蛋属的物种分化。
研究团队对123种蜘蛛抱蛋属物种进行简化基因组测序,重建该属迄今取样最多、分辨率最高的系统发育树。基于该稳健框架,估算该属分化时间,用多种方法分析物种形成速率演化动态。结果显示,蜘蛛抱蛋属是年轻类群,起源于中新世和上新世边界期,上新世暖期物种分化速率显著加快,达2.27个物种/百万年,超过旧世界植物区系所有已报道的物种形成速率,预示其是旧世界植物区系物种分化速率最快的类群之一。
研究团队进一步用多种统计模型解析该属物种快速分化驱动力,发现古温度、东亚季风变化、物种竞争及传粉共生等生物与非生物因素,可同时独立又协同促进该属物种形成及快速辐射。
相关论文信息:https://doi.org/10.1111/jipb.70031
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