“刺頭”植物演化亞洲或比非洲早2400萬年

刺，是植物防御大型食草動物取食的主要“武器”，有皮刺、枝刺和托葉刺等。

現(xiàn)生的有花植物中，大量的“刺頭”，讓包括人在內的取食者頗為忌憚。但此前，對各種各樣的刺是如何演化而來的，人們還缺乏深入的認識。

記者7月6日從中科院西雙版納熱帶植物園獲悉，該園聯(lián)合國內外多家研究機構，在最新一期《自然·通訊》上正式發(fā)表論文，闡明了在青藏高原帶刺植物的早期演化及其環(huán)境驅動因素，以及這類植物演化的快速多樣性。

從2016年以來，西雙版納熱帶植物園古生態(tài)研究組聯(lián)合中科院古脊椎動物與古人類研究所等同行，持續(xù)在青藏高原中部的“班公湖-怒江”縫合帶新生代沉積盆地開展古生物科學考察，發(fā)現(xiàn)了距今約3900萬年的晚始新世的大量刺化石，為認識植物刺的演化歷史及其成因提供了直接證據(jù)。

研究團隊在倫坡拉盆地和尼瑪盆地發(fā)現(xiàn)的刺化石共計44份標本，根據(jù)形狀、大小、生長方式等特征，被劃分為皮刺和枝刺，共有7種形態(tài)類型。“這是目前全球已知的刺形態(tài)數(shù)量最多的化石植物群。”論文通訊作者、西雙版納熱帶植物園研究員蘇濤介紹，結合分子系統(tǒng)發(fā)育分析，他們重建了新生代歐亞大陸帶刺植物類群的譜系累積曲線，發(fā)現(xiàn)帶刺植物自始新世迅速分化，與刺化石地質年代吻合。

研究團隊在同一層位采集到豐富的草本植物化石，共計315份，占到同層位所有植物標本數(shù)量的38%;對同套地層進行了逐層的微體化石分析，發(fā)現(xiàn)大量由草本植物產(chǎn)生的植物硅酸體，如畫眉草亞科的短鞍型植硅體、竹亞科的扇形植硅體等。

“這些草本植物大化石和植硅體的證據(jù)表明，當時的帶刺植物生長于開闊的生境，而非郁閉森林。”蘇濤介紹，在此基礎上，利用英國布里斯托大學的“大氣-海洋環(huán)流”模型和動態(tài)植被模式，模擬了當時的古氣候和古植被，結合化石植物群的古環(huán)境重建結果，證明隨著新特提斯洋在古近紀的退縮，沿“班公湖-怒江”縫合帶的中央谷地逐漸干旱，加上全球氣候變冷，中央谷地的植被由距今約4700萬年的中始新世的密閉森林，轉變?yōu)殚_闊林地。

“通過查詢青藏高原及其周邊地區(qū)658條動物化石記錄顯示，當時大型植食性哺乳動物的多樣性在增加。”論文第一作者之一、版納植物園古生態(tài)研究組博士研究生張馨文介紹，由于存在開闊林地，大型植食性哺乳動物享有了更為豐富的食物來源，這也必然造成動物對植物的取食壓力增加，進而促進了青藏高原中央谷地開闊林地植物刺的演化，這比已知在非洲發(fā)生的類似轉變早了約2400萬年。

此項研究，證明了化石對于認識功能性狀演化的重要性。通過結合大化石、微體化石、系統(tǒng)發(fā)育分析和模型模擬，研究結果認為，晚始新世青藏高原中央谷地的干旱化以及大型植食性哺乳動物的取食壓力，共同驅動了刺這一功能性狀的快速演化。青藏高原在地質歷史時期的環(huán)境變化，不僅對亞洲甚至更廣泛地區(qū)的植物多樣性有著深刻影響，還塑造了區(qū)域植物功能性狀。隨著今后研究深入，人們將更加全面地認識青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的演化歷史，并進一步揭示地球系統(tǒng)中生物、氣候和漫長地質構造運動的相互作用過程和機制。(科技日報記者 趙漢斌)

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