青藏高原带刺植物的早期演化及其环境驱动因素

发布时间：2022-07-04

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来源：科技外事处

植物的刺（包括皮刺、枝刺和托叶刺）作为物理防御大型食草动物取食的主要功能性状，广泛分布于现生被子植物中，但是目前对于刺如何演化而来还缺乏深入认识。版纳植物园古生态研究组联合中科院古脊椎动物与古人类研究所同行，自2016年持续在青藏高原中部的班公湖-怒江缝合带新生代沉积盆地开展古生物科学考察，发现了晚始新世（距今约3900万年）的大量刺化石，为认识刺的演化历史及其成因提供了直接证据。

该研究在伦坡拉盆地和尼玛盆地发现的刺化石共计44份标本，根据形状、大小、生长方式等特征，被划分为皮刺和枝刺，共计7种形态类型（图1），这是目前全球已知的刺形态数量最多的化石植物群。结合分子系统发育分析重建了新生代欧亚大陆带刺植物类群的谱系累积曲线，发现带刺植物自始新世迅速分化，与本研究的刺化石地质年代吻合（图2）。

在同一层位采集到丰富的草本植物化石，共计315份，占到同层位所有植物标本数量的38、对同套地层进行了逐层的微体化石分析，发现大量由草本植物产生的植硅体，如画眉草亚科的短鞍型植硅体、竹亚科的扇形植硅体等。上述草本植物大化石和植硅体（图3）的证据表明，当时的带刺植物生长于开阔的生境，而非郁闭森林。在此基础上，利用英国布里斯托大学的大气-海洋环流模型（Atmosphere-OceanGeneralCirculationModel,HadCM3BL-M2.1aD）和Triffid模型模拟了当时的古气候和古植被，结合化石植物群的古环境重建结果，证明随着新特提斯洋在古近纪的退缩，沿班公湖-怒江缝合带的中央谷地逐渐干旱，加上全球气候变冷，中央谷地的植被由中始新世的密闭森林（距今约4700万年）转变为了开阔林地。

通过查询青藏高原及其周边地区658条动物化石记录显示，当时大型植食性哺乳动物的多样性增加（图2）。由于开阔林地的存在，大型植食性哺乳动物享有了更为丰富的食物来源，这也必然造成动物对植物的取食压力增加，进而促进了青藏高原中央谷地开阔林地植物刺的演化，这比非洲发生的类似转变早了约2400万年。

该研究证明了化石对于认识功能性状演化的重要性。通过结合大化石、微体化石、系统发育分析和模型模拟，提出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动物的取食压力，共同驱动了刺这一功能性状的快速演化。青藏高原在地质历史时期的环境变化不仅对亚洲甚至更广泛地区的植物多样性有着深刻影响，还塑造了该地区的植物功能性状。随着今后更多、更深入的工作开展，将更加全面地认识青藏高原生态系统的演化历史，进一步揭示地球系统中生物、气候和深时地质构造运动的相互作用过程和耦合机制。

相关研究成果以“

RapidEocenediversificationofspinyplantsinsubtropicalwoodlandsofcentralTibet

”为题，正式发表在NatureCommunications上。版纳植物园古生态研究组博士研究生张馨文和群落生态与保护研究组副研究员UrielGélin为该论文共同一作，苏涛研究员为通讯作者，英国布里斯托大学、英国开放大学、中科院古脊椎动物与古人类研究所、中科院青藏高原研究所、昆明理工大学等国内外多家科研院所参加了这项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、科技部第二次青藏高原综合科学考察研究、英国环境研究理事会国际合作项目、中科院战略先导专项、中科院青年创新促进会和西部之光项目的联合资助。

图1.青藏高原中部晚始新世（约39Ma）7种形态类型的植物刺化石及现生带刺植物（a,

Rubusalceifolius

；g,

Xylosmaracemosum

）

图2.新生代亚洲地区带刺植物的谱系累积曲线及青藏高原中部海拔变化

图3.同层位的典型植硅体及草本植物化石

本文作者：张馨文

青藏高原带刺植物的早期演化及其环境驱动因素----中国科学院西双版纳热带植物园(cas.cn)

青藏高原形成过程研究进展综述

发布时间：2020-05-07

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来源：科技外事处

印度板块与欧亚板块碰撞，形成了“世界屋脊”—青藏高原，这是新生代全球最为重要的地质事件之一。它塑造了亚洲的地形地貌，对亚洲乃至全球的气候都有着深远影响。因此，青藏高原的形成过程长期以来备受地质学、环境科学和生物学等领域学者的关注。由于青藏高原形成过程的复杂性，目前对于其形成历史的认识还存在很大分歧。

中国科学院西双版纳热带植物园客座研究员RobertA.Spicer、苏涛研究员、周浙昆研究员等人近期在《国家科学评论》（NationalScienceReview）发表综述论文，系统地综述了以往有关青藏高原形成过程的不同观点，并详细介绍了利用地球系统模型、同位素分析以及古生物证据重建青藏高原古海拔的最新研究进展。

“青藏高原隆升”这一术语，大量出现在地质学和生物学的文献中。“高原隆升”通常把青藏高原看作一个平面整体的抬升。这一观点主要依据过于简化的地球动力学与气候模型，以及对代理指标结果的不合理解释，且认为青藏高原的隆升肇始于印度板块与欧亚板块碰撞（～65-55Ma）及其后的持续向北推进。然而越来越多的地质学研究表明，青藏高原的形成过程极其复杂。青藏高原各地块的形成时间和过程不同，这些地块在不同的地质时期先后拼接到亚洲大陆。印度板块与欧亚板块的碰撞仅仅是青藏高原形成过程中的最后一次拼接。

近年来，越来越多的地质学和古生物学证据表明，高原中部在新生代相当长的时期内存在着一条东西走向的低谷，低谷的南面和北面分别是冈底斯山脉和羌塘山脉。在始新世由于印度洋季风的增强，暖湿气团能够越过南面的冈底斯山脉，于是在低谷中孕育了具有亚热带性质的动植物区系，这个时期的动植物区系与北半球有着广泛的联系。中央低谷自古近纪以来经历了南北向的挤压变形而不断变窄。该中央低谷在新近纪被进一步挤压填充，青藏高原在整体上才形成。

对于高原中部的古海拔，稳定性同位素研究和古生物学证据常得出截然不同的重建结果，这是因为：大气中的同位素从印度洋传送到青藏高原中部的过程中发生了反复分馏，由于高原中部在古近纪存在谷地，同位素分析结果代表了附近山体的最大高度；而基于化石证据（如棕榈和攀鲈等）的重建结果，则代表了生活在谷地的生物在地质时期的海拔分布范围。

在今后的研究中，需要充分考虑青藏高原不同地块在形成过程中的差异性和有机统一，重视具有可靠地质年代的化石证据，采用整合同位素分析、古地形更为合理的地球系统模型，结合同位素分析和古生物学证据，交叉验证古海拔重建结果，进而深入认识青藏高原形成历史及其对亚洲季风气候和生物多样性演变的重要影响。

该综述论文以“

”为题在线发表于NationalScienceReview。

青藏高原构造简图。青藏高原是由不同的地块拼接而成，各地块的形成过程不同而又有机地统一。红色圆点为本文涉及到的青藏高原及其邻近地区古海拔研究地点。

基于植物化石证据和同位素分析重建青藏高原南部及喜马拉雅山脉的抬升历史。

版纳植物园在天南星科演化及青藏高原古环境研究中取得新进展

发布时间：2019-10-23

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来源：科技外事处

化石类群在研究生物形态的演化中起着关键性的作用。广义天南星科（泽泻目）包括125属约四千种，是单子叶植物早期分化的一个大分支，是指示温暖湿润环境的代表性类群。其中，灭绝属似浮萍叶（Limnobiophyllum

）长期以来被认为可能是真天南星亚科和浮萍亚科的过渡类群。但是由于之前报道化石缺失关键的繁殖器官，如花序，种子等，因此，其在天南星科内部的性状演化中的意义并不确定。

版纳植物园博士后ShooklingLow博士在合作导师周浙昆和星耀武研究员的指导下，与其他同行合作报道了采自西藏中部晚渐新世地层中的具有保存完好的果序及种子的似浮萍叶新种，Limnobiophyllumpedunculatum

S.L.Low,T.Su,&Y.-W.Xingsp.nov.。利用天南星科42个代表种的57个分类性状及分子序列推断了该种的系统位置，研究结果表明，Limnobiophyllum

与

Cobbania

是姐妹类群，这两属与浮萍亚科其他的灭绝及现生类群构成单系。性状演化的重建确定了

Limnobiophyllum

具有真天南星亚科及浮萍亚科的过渡性状，尤其是果序性状。在浮萍亚科内部，从灭绝类群到现生类群植物的营养及生殖器官都有明显的简化趋势，这对于了解天南星科的性状演化历史有重要的意义。另外，该化石种的发现暗示在晚渐新世，青藏高原中部可能是温暖湿润的低地环境，与古生态组近期一系列关于青藏高原古环境研究的结论相吻合。

　　该研究成果以

OligoceneLimnobiophyllum(Araceae)fromthecentralTibetanPlateauanditsevolutionaryandpalaeoenvironmentalimplications

为题，在线发表于国际古生物学期刊JournalofSystematicPalaeontology。

似浮萍叶新种

Limnobiophyllumpedunculatum

S.L.Low,T.Su,&Y.-W.Xingsp.nov.的主模式标本

荧光显微镜下

Limnobiophyllumpedunculatum

的果实种子形态及与现代类群的对比