一個(gè)古老的，世界性的植物譜系正在動(dòng)搖科學(xué)家對(duì)溫帶生態(tài)系統(tǒng)中物種進(jìn)化速度的理解以及原因。
許多研究人員認(rèn)為新物種隨著不同物理特征的發(fā)展和新種棲息地的出現(xiàn)而發(fā)展。在這種情況下，這三個(gè)因素相互促進(jìn)，可能導(dǎo)致新物種數(shù)量的急劇增加。隨著物種在日益擁擠的環(huán)境中相互競(jìng)爭(zhēng)，這種多樣化的爆發(fā)最終逐漸減少，就像飽和的市場(chǎng)一樣。
這項(xiàng)假設(shè)在熱帶生物的幾項(xiàng)研究中也是如此，但佛羅里達(dá)自然歷史博物館研究人員的一項(xiàng)新研究揭示了溫帶物種的一種非常不同的模式，這些物種生活在夏季溫暖，冬季寒冷的地區(qū)。
當(dāng)研究人員檢查大型開(kāi)花植物(稱為虎耳草屬植物)的進(jìn)化時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)物種多樣化，首先是由1500萬(wàn)年前地球的降溫氣候驅(qū)動(dòng)的。這些植物也侵入了新的棲息地并發(fā)展出了新的生理特征，但直到大約500萬(wàn)年后才開(kāi)始。
“我們所看到的是一種前所未有的進(jìn)化模式 - 以及世界上通常被認(rèn)為研究得很好的地區(qū)，”該研究的主要作者和佛羅里達(dá)博物館研究助理Ryan Folk說(shuō)。“這里有不同的規(guī)則，而不是熱帶群體。多樣化，棲息地和特征的比率最終相互匹配，但在后兩者起飛之前有一個(gè)值得注意的滯后。”
今天，Saxifragales是一個(gè)近2500種的群體，包括甜樹(shù)膠和桂樹(shù)等樹(shù)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鈴和牡丹等觀賞植物。這種植物譜系在溫帶地區(qū)繁衍生息：雖然地球上的所有熱帶雨林都有不到二十多種的虎耳草種類，但喜馬拉雅山脈和西藏在50平方英里的土地上可以種植150種虎耳草。Folk說(shuō)，它的全球分布和可追溯到9000萬(wàn)年前的強(qiáng)大化石記錄使該譜系成為測(cè)試進(jìn)化過(guò)程模型的良好候選者。
Folk和他的合著者將遺傳數(shù)據(jù)與植物性狀和棲息地的數(shù)據(jù)集結(jié)合起來(lái)，并將這些數(shù)據(jù)插入到模型中，以研究Saxifragales隨時(shí)間的進(jìn)化模式。模型顯示，數(shù)千萬(wàn)年來(lái)，虎耳草仍然是壁花，在極地和高海拔的較冷地區(qū)生活 - 過(guò)去主要是熱帶地區(qū)的稀缺棲息地。然而，隨著地球氣候在1500萬(wàn)年前開(kāi)始降溫，Saxifragales蓬勃發(fā)展，血統(tǒng)迅速多樣化。
冷卻趨勢(shì)持續(xù)不斷，將曾經(jīng)的熱帶棲息地轉(zhuǎn)變?yōu)闇貛е参?，這些植物非常適合喜歡寒冷的植物，并且在開(kāi)發(fā)出適合崎嶇生長(zhǎng)條件的新特性后，可以創(chuàng)造出更為極端的生態(tài)位棲息地。
“這是我們今天看到的景觀的開(kāi)始 - 冰雪覆蓋的極地，北半球的溫帶森林，廣泛的草原，沙漠，苔原和針葉林，”Folk說(shuō)。“隨著溫帶棲息地迅速擴(kuò)大，Saxifragales多樣化以利用他們已經(jīng)適應(yīng)的棲息地。”
但顯而易見(jiàn)的是，Saxifragales多樣化的最初爆發(fā)并非由于棲息地或特征適應(yīng)性的變化而導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)年前的變化。相反，多樣化主要與氣候變化有關(guān)。
“如果你看一下全球溫度的下降和虎耳草的多樣化增加，那么它們的對(duì)應(yīng)程度就會(huì)非常驚人，”Folk說(shuō)。“這些曲線幾乎是彼此的完美逆轉(zhuǎn)。”
Folk說(shuō)，了解物種過(guò)去如何應(yīng)對(duì)氣候變化，為他們?cè)谖磥?lái)氣候情景下如何應(yīng)對(duì)提供了一個(gè)模板。
“這些植物從它們的起源就一直處于溫帶棲息地，”他說(shuō)。“如果溫度變暖，它們就不會(huì)適應(yīng)。我的看法是，大多數(shù)植物物種幾乎沒(méi)有能力適應(yīng)氣候變化。”
物種多樣化的主要驅(qū)動(dòng)因素的經(jīng)典概念往往取決于地質(zhì)事件 - 例如，在北美和南美之間形成陸橋，或者印度次大陸從非洲分裂。但氣候不是一個(gè)單一的事件，F(xiàn)olk說(shuō)：“這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的曲線。”
進(jìn)化過(guò)程在溫帶和熱帶系統(tǒng)之間變化的一個(gè)原因是它們的年齡差異。Folk說(shuō)，今天熟悉的許多溫帶景觀都是近期通過(guò)環(huán)境動(dòng)蕩和破壞而產(chǎn)生的。雖然熱帶景觀也經(jīng)歷了變化，但它們更加穩(wěn)定。
“自白堊紀(jì)開(kāi)始以來(lái)(約1.45億年前)，赤道可能有雨林，”他說(shuō)。“對(duì)于溫帶的棲息地來(lái)說(shuō)，這種穩(wěn)定性根本就不存在。”
到目前為止，Saxifragales的多樣化并沒(méi)有顯示出放緩的跡象，這與假設(shè)新物種爆發(fā)最終淹沒(méi)，因?yàn)樗鼈兲顫M了新的棲息地到飽和點(diǎn)相矛盾。
民間希望這項(xiàng)研究能夠激勵(lì)研究人員在植物和動(dòng)物等其他溫帶血統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程中尋找這種模式。
“如果我們正在尋找真正最近爆發(fā)的信號(hào)，很多行動(dòng)都在溫帶生態(tài)系統(tǒng)中。”
其他研究合著者是佛羅里達(dá)博物館和佛羅里達(dá)大學(xué)生物多樣性研究所的Nico Cellinese，Pamela Soltis，Douglas Soltis和Robert Guralnick，蘇黎世大學(xué)的Rebecca Stubbs，堪薩斯大學(xué)的Mark Mort和大學(xué)的Julie Allen內(nèi)華達(dá)州 - 里諾。