氣候變化是加速物種滅絕和驅動物種適應性進化的重要環境因子，不同地質時期的氣候劇烈波動對地球生態系統的塑造起到了關鍵作用。生物群系（Biome）作為具有自身獨特外貌特征且受制于特定氣候條件的自然群落，呈現為有形的生態進化單元，是從宏觀尺度理解生命演化過程的重要載體。研究人員近年對北極植物區系、東亞常綠闊葉林、非洲稀樹草原、溫帶高山植物區系以及全球干旱植物區系等眾多生物群系的代表類群展開研究，揭示了古氣候變化事件對相關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的時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聯性。
熱帶雨林是當今地球陸地生態系統中起源最為古老的生物群系，可能在白堊紀中期已開始出現。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，在其分布區僅占全球不足7%的陸地面積基礎上孕育了全球近半數生物物種，是全球陸地生態系統中物種多樣性與生產量最高的生物群系，在調節全球氣候與維持生態平衡方面發揮著巨大作用。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界共識，但目前關于“古氣候變化事件是否影響了熱帶雨林的動態演化歷史過程”這一問題還頗具爭議。部分研究認為古氣候變化事件對熱帶雨林的動態演化歷史影響非常有限，熱帶雨林可能長期保持相對較為穩定的高溫、高濕環境條件，致使其物種分化速率長期趨于恒定狀態，其物種多樣性隨時間持續且穩定的積累，這一過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期可能存在明顯波動而非長期趨于恒定，但相關研究大多關注于熱帶雨林類群在新生代時期的演化歷史。
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90%的物種分布于熱帶雨林地區，是探討熱帶雨林演化歷史的理想對象。中國科學院華南植物園葛學軍研究員聯合國內外多家單位的研究人員展開合作，基于近期采用葉綠體系統發育基因組學手段構建的棕櫚科屬級系統發育框架（Yao et al. 2023;BMC Biology 21: 50），結合NCBI等網站釋放的一代測序與二代測序所得葉綠體序列數據進一步擴大對棕櫚科在物種水平的取樣（共取樣該科181屬604種），在此基礎上整合系統發育重建、分子時間標定及物種多樣化過程分析等研究手段，對棕櫚科在中新世之前的動態演化歷史過程展開研究，以棕櫚科為例結合熱帶雨林其他代表類群的研究數據對該群系動態演化歷史過程與全球古氣候變化事件之間的關系進行了剖析。結果表明：（1）基于物種水平擴大取樣與大量葉綠體序列數據構建了棕櫚科堅實的系統發育框架，部分節點相比于前期基于葉綠體基因組學數據所得該科屬級系統發育關系獲得了更高支持；（2）棕櫚科在白堊紀中期約108.3百萬年前開始分化，該科多個分支可能發生過物種輻射分化事件；（3）在白堊紀中期至中新世之前的漫長地質歷史時期，棕櫚科物種分化速率隨全球平均氣溫的波動出現過明顯變化，大體呈現為隨全球氣溫下降而降低、隨全球升溫而增加的趨勢；（4）棕櫚科物種滅絕速率自漸新世開始明顯增加，與同時期開始出現的全球較低平均氣溫在時間尺度上相吻合。
該研究是目前為止對棕櫚科在物種水平取樣最為廣泛的系統進化研究，研究結果不僅從葉綠體基因組學數據的角度深度解析了棕櫚科類群的系統演化關系，還增進了對該科物種多樣化歷史的認識，亦為深入理解熱帶雨林動態演化歷史過程與全球古氣候變化事件之間的關聯性提供了重要參考。研究成果以《Pre-Miocene evolutionary dynamics of tropical rainforests from a dated phylogeny of the palm family》為題近日發表在植物學期刊New Phytologist（《新植物學家》）上，華南農業大學姚綱博士為論文第一作者，華南植物園葛學軍研究員為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目“旗艦”項目、中國科學院國際伙伴計劃以及中國科學院戰略生物資源計劃等項目的資助。文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70440
圖. 棕櫚科多樣化分析結果
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