种子跨洋扩散是植物洲际间断分布格局形成的重要机制

    地球上植物多样性的分布格局复杂多样，一些类群呈现出洲际间断分布样式，但这一地理格局的形成机制一直困扰着生物地理学研究者。物种扩散机制一直是生态学和生物地理学研究的核心科学问题之一。早在1856年，达尔文就提出种子“跨洋长距离扩散”假说试图解释这种分布格局。随着大陆漂移和板块构造运动学说的发展，很多间断分布被解释为隔离分化的结果。20世纪60年代后，随着分子钟理论的提出，结合分子系统学和化石证据，洋流介导的长距离扩散被认为是很多生物类群现今分布格局的重要成因。然而，目前人们对种子跨洋长距离扩散的研究主要集中在海洋或海岸带生物中，且研究手段较为传统和单一。对于内陆植物而言，大部分研究仅限于通过系统发育和生物地理学分析，推测长距离扩散是一些植物类群现今分布格局的原因，但缺乏对长距离扩散机制的定量和实验分析。 

　　 昆明植物研究所李德铢研究员领导的分子植物地理学研究团队致力于分子系统发育和生物地理学的研究，通过多年的积累，已经有了良好的积淀。最近，该团队依托亚洲最大的种质资源库——中国西南野生生物种质资源库，通过与英国爱丁堡大学等机构的合作，选择有较好工作积累的世界广布植物类群——共生固氮支系蔷薇目的荨麻科为研究对象，运用多学科交叉的研究方法和技术路径，整合了来自分子系统学、分子钟、种子形态学、种子生理学、生态学、生物地理学和海洋学等学科证据，对内陆植物种子跨洋长距离扩散机制进行了深入的研究。分子生物地理学的研究结果表明，荨麻科起源于晚白垩纪（距今大约6千9百万年前）的欧亚大陆，长距离扩散（至少92次）而不是隔离分化导致了该科植物现今地理分布格局。在实验室条件下，该科植物很多种子能够在海水中漂浮220天以上，很多种子在经海水浸泡10个月后仍然有活力。洋流模型模拟分析的结果显示荨麻科多数植物的种子能借助洋流越过海洋。通过进一步生态学分析发现，受干扰的生境有助于长距离扩散的发生。对于雌雄异株的植物，有可能会通过性别转换发生自交以实现物种的世代交替和繁衍，并在新的生境中建立居群。在荨麻科植物的演化历史中，一些类群的种子很可能先经过内陆水流系统搬运到达海洋，此后经过洋流的长距离运输（其中大洋中的一些岛屿如夏威夷可能起到了重要的踏脚石作用）到达大洋彼岸，借助于海啸或其它极端气候事件，种子成功登陆到沿海受干扰的生境中，萌发并实现世代交替，完成一次几乎不可能的跨洋长距离扩散使命。该研究首次以内陆植物为研究对象，运用多学科交叉的研究方法解决了长距离扩散研究中的一个棘手的科学问题，即长距离扩散的发生的机制问题。研究结果有力支持了达尔文的种子“跨洋长距离扩散”假说，并为其它世界广布生物类群现今地理分布格局形成机制的研究提供了范例。 

　　目前，研究结果以“Testing Darwin’s transoceanic dispersal hypothesis for the inland nettle family (Urticaceae)”为题在线发表于国际生态学顶级期刊Ecology Letters上。吴增源博士为论文第一作者，李德铢研究员为论文通讯作者。本研究得到了中国科学院B类先导专项（XDB31000000）、国家重点基础研究发展计划（2014CB954100）、国家自然科学基金（31600180, 41571059）、云南省应用基础研究计划（2014GA003，2017FB030）及中国科学院东南亚生物多样性研究中心（Y4zk111B01）等项目的资助。 

　　文章链接 

　　图1 荨麻科植物的历史生物地理重建结果 

　　图2 荨麻科植物跨洋长距离扩散的可能机制 

　　图3 对种子跨洋长距离扩散进行洋流模型模拟分析