植物谱系指向温带物种的不同进化剧本

一个古老的，世界性的植物谱系正在动摇科学家对温带生态系统中物种进化速度的理解以及原因。

许多研究人员认为新物种随着不同物理特征的发展和新种栖息地的出现而发展。在这种情况下，这三个因素相互促进，可能导致新物种数量的急剧增加。随着物种在日益拥挤的环境中相互竞争，这种多样化的爆发最终逐渐减少，就像饱和的市场一样。

这项假设在热带生物的几项研究中也是如此，但佛罗里达自然历史博物馆研究人员的一项新研究揭示了温带物种的一种非常不同的模式，这些物种生活在夏季温暖，冬季寒冷的地区。

当研究人员检查大型开花植物(称为虎耳草属植物)的进化时，他们发现物种多样化，首先是由1500万年前地球的降温气候驱动的。这些植物也侵入了新的栖息地并发展出了新的生理特征，但直到大约500万年后才开始。

研究报告的主要作者和佛罗里达博物馆研究助理Ryan Folk说：“我们所看到的是一种以前从未观察到的进化模式 - 在世界上通常被认为研究得很好的地区。” “这里有不同的规则，而不是热带群体。多样化，栖息地和特征的比率最终相互匹配，但在后两者起飞之前有一个值得注意的滞后。”

今天，Saxifragales是一个近2500种的群体，包括甜树胶和桂树等树木，醋栗等灌木，石榴，草本植物，葡萄藤，寄生植物等多肉植物以及珊瑚铃和牡丹等观赏植物。这种植物谱系在温带地区繁衍生息：虽然地球上的所有热带雨林都有不到二十多种的虎耳草种类，但喜马拉雅山脉和西藏在50平方英里的土地上可以种植150种虎耳草。Folk说，它的全球分布和可追溯到9000万年前的强大化石记录使该谱系成为测试进化过程模型的良好候选者。

Saxifragales的这种系统发育或祖先的家谱以此顺序描述了近2500种植物之间的关系。生活在较冷，较干燥的栖息地的植物以蓝色和绿色的枝条为代表，生活在温暖，通常更潮湿的栖息地的植物以黄色和红色显示。这些照片展示了Saxifragales植物所栖息的环境的多样性，从沙漠到湿地再到干旱的岩石山坡。图片来源：Folk等。在PNAS

Folk和他的合着者将遗传数据与植物性状和栖息地的数据集结合起来，并将这些数据插入到模型中，以研究Saxifragales随时间的进化模式。这些模型表明，在数千万年的时间里，Saxifragales仍然是壁花，在极地较冷的地区以及过去主要热带地区的高海拔 - 稀缺的栖息地中生活。然而，随着地球气候在1500万年前开始降温，Saxifragales蓬勃发展，血统迅速多样化。

冷却趋势持续不断，将曾经的热带栖息地转变为温带植物，这些植物非常适合喜欢寒冷的植物，并且在开发出适合崎岖生长条件的新特性后，可以创造出更为极端的生态位栖息地。

“这是我们今天看到的景观的开始 - 冰覆盖的两极，北半球的温带森林，广泛的草原，沙漠，苔原和针叶林，”Folk说。“随着温带栖息地迅速扩大，Saxifragales多样化以利用他们已经适应的栖息地。”

但显而易见的是，Saxifragales多样化的最初爆发并非由于栖息地或特征适应性的变化而导致数百万年前的变化。相反，多样化主要与气候变化有关。

“如果你看一下全球温度的下降和虎耳草的多样化增加，那么它们的对应程度就会非常惊人，”Folk说。“这些曲线几乎是彼此的完美逆转。”

Folk说，了解物种过去如何应对气候变化，为他们在未来气候情景下如何应对提供了一个模板。

“这些植物从它们的起源就一直处于温带栖息地，”他说。“如果温度变暖，它们就不会适应。我的看法是，大多数植物物种几乎没有能力适应气候变化。”

物种多样化的主要驱动因素的经典概念往往取决于地质事件 - 例如，北美和南美之间的陆桥的形成，或印度次大陆与非洲的分裂。但气候不是一个单一的事件，Folk说：“这是一个动态的曲线。”

进化过程在温带和热带系统之间变化的一个原因是它们的年龄差异。Folk说，今天熟悉的许多温带景观都是近期通过环境动荡和破坏而产生的。虽然热带景观也经历了变化，但它们更加稳定。

“自白垩纪开始以来(约1.45亿年前)，赤道可能有雨林，”他说。“对于温带的栖息地来说，这种稳定性根本就不存在。”

到目前为止，Saxifragales的多样化并没有显示出放缓的迹象，这与假设新物种爆发最终淹没，因为它们填满了新的栖息地到饱和点相矛盾。

民间希望这项研究能够激励研究人员在植物和动物等其他温带血统的进化过程中寻找这种模式。

“如果我们正在寻找真正最近爆发的信号，很多行动都在温带生态系统中。”