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北极地区虽仅约占全球陆地面积的5%,却是巨大的碳库和甲烷库,在全球气候系统中具有重要作用。北极苔原(树线以北)是相对年轻的新型植被类型,栖息着能适应生长季节短、年均温较低和极端季节性气候等恶劣环境的独特生物类群。过去50年以来,北极地区的变暖速度是全球平均速度的3-4倍。该地区的植被组成、密度和分布发生了较大变化。然而,北极植物区系的进化历史仍不清楚。
中国科学院植物研究所王伟研究组及合作者,通过整合32个被子植物类群(共3,626种)的系统发育、分化时间和生物地理等分析结果发现:外来迁入和本地多样化的变化趋势基本一致;现代北极植物区系的成分最早可追溯至晚中新世的早期(约10-9Ma),外来迁入和本地多样化速率在上新世-更新世之交(约2.6Ma)快速增加,并在更新世中期以来(约1.0-0.7Ma)急剧降低且该动态过程与北极地区的地质、古气候和海平面变化等密切相关。此外,研究发现,虽然北极被子植物的多样性来源于多个生物地理区域,但约有54%的外来迁入者来自北美西部,迁入动态过程贯穿了北极植物区系的整个进化历史,这表明在北极和北美西部之间可能存在一个长期的生物散布廊道。
该研究揭示了北极植物区系的起源和形成过程,解析了驱动北极植物区系形成的主要环境因子,提出了应优先保护北极和北美西部之间的散布廊道,提高了科学家对北极植物多样性进化历史的认知,对极地生物多样性保护具有重要意义。
7月18日,相关研究成果在线发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项(B类)和国家自然科学基金等的支持。该研究由植物所、北华大学、美国佛罗里达大学的科研人员合作完成。
北极植物区系的范围和代表植物
北极植物区系的进化动态及驱动因素。(a)迁入和本地多样化速率;(b)北极地区地形变化简图;(c)全球温度变化曲线;(d)海平面变化曲线;(e)加拿大西北部和阿拉斯加地区植被郁闭度变化动态。
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