柏科植物随古陆分离而分化

    本报兰州5月11日电(记者宋喜群 中国科学报记者刘晓倩)柏科植物智利柏和西伯利亚刺柏虽然距离遥远,但它们有共同的祖先,它们的祖先生活在一亿六千万年前的联合古陆上。那时的地球只有这一大片陆地,气候相对稳定、温和,陆地不同地域生长着几乎相同的生物种类。后来,联合古陆逐渐分离成几个大陆板块,各板块之间相互隔离,气候条件也有了很大的差异,生存在这些大陆上的生物开始朝着不同的方向进化。柏科植物也不例外,他们的祖先在各自的“新家”开始逐渐分化,并演化为裸子植物门中属的数目最多的一个科。

    真的是这样吗?5月1日,《美国科学院院刊》在线发表的一篇论文详细论证了这一假说——柏科植物随联合古陆的分离而发生隔离分化。这篇论文由兰州大学刘建全教授课题组及其国际研究团队完成。

    他们的研究表明,柏科在三叠纪早期(约两亿四千万年前)起源于联合古陆东北部,自三叠纪晚期至侏罗纪晚期(约两亿一千万年前至一亿五千万年前)逐渐扩散至联合古陆南、北部并分化为现有的七个亚科。柏科最年轻的两个亚科为分布于南半球的澳洲柏亚科和主要分布于北半球的柏木亚科,二者在侏罗纪晚期前后(一亿五千三百万年前后)开始演变为不同的进化分支,这一时间与联合古陆南北隔离的时间高度吻合。同时,计算机模拟分析祖先分布区域的结果,支持柏科两大亚科分化与联合古陆南北分离存在直接关联。

    在众多具有久远进化历史的植物中,为何选择柏科植物做样本?论文的第一作者、兰州大学毛康珊博士告诉记者,在种子植物中,柏科是开展类似研究的理想或唯一类群。首先,柏科植物遍布除南极洲外所有大陆;其次,化石记录表明,中侏罗纪时该科已起源并广布于联合古陆南、北部;第三,柏科现有类群多样性相对较高,其化石记录非常丰富,从而为多化石标记隔离分化时间提供了基础。不可忽视的是,柏科植物的种子对当时的动物没有太大的吸引力,不会因为动物传播而改变类群分布。

    在过去10年中,该国际合作团队进行了广泛取样,在全世界获得了柏科122个物种的实验样品,利用植物三套基因组的近万个DNA碱基序列进行系统发育分析,建立了该科最为完善的分子系统发育关系,然后利用全证据分析确定了16个化石标记点。在此基础上计算了各主要分支的分化时间,并检验了其生物地理式样的形成过程。

    该论文在匿名评审过程中得到了国际同行的一致好评:“毛康珊等作者的论文将会引起科学界的广泛关注,该研究利用柏科细致揭示了联合古陆分离的历史,这在种子植物中尚属首例。”“这是一篇十分有趣和重要的论文,其展现的大量数据和相关分析使人印象深刻。”论文一经发表,立即被多家国际知名媒体报道,并被大量转载,掀起了一股关于联合古陆演化历史和进化生物学的科普热潮。

    课题组负责人、论文通讯联系人兰州大学刘建全教授表示,这篇论文为古陆分离说和达尔文生物进化论提供了有利佐证。