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中-非中心研究团队在肯尼亚植物区系形成历史的研究中取得进展
作者:刘冰   来源:   发布日期:2022-10-14
  肯尼亚具有丰富的植被类型,从沿海森林到干燥荒漠,从低海拔稀树草原到中海拔山地森林,再到高海拔的欧石南灌丛,及冰缘带的千里木半边莲群落
肯尼亚境内分布有3个全球生物多样性热点地区,分别是东非高山区(Eastern Afromontane)、东非沿海森林区(Coastal Forests of Eastern Africa)和非洲之角(Horn of Africa)。这三个热点区域内分布着许多东非特有植物物种,是理解东非植物区系起源和分化的重要区域。
中-非中心中科院植物研究所陈之端研究团队通过重建肯尼亚被子植物物种级的生命之树,结合肯尼亚植物物种分布大数据,基于系统发生相异性方法对肯尼亚植物区系进行分区。同时,整合系统发生β多样性、系统发生多样性、系统发生结构的分析以及地质历史的相关研究,对肯尼亚植物区系形成历史进行研究。

图1  基于系统发生相异性矩阵,利用UPGMA算法得到的树状图(a)和区系划分地图(b)以及NMDS排序分析结果(c)
结果表明肯尼亚被子植物区系可以划分为五个区,分别为曼德拉区(Mandera Region),图尔卡纳区(Turkana Region),火山区(Volcanic Region),泛沿海区(Pan Coastal Region)以及西部高原区(West Highland Region)(图1)。火山区和泛沿海区有显著高比例的以系统发生转换为主的网格存在(pβratio >1),且距离火山越近越显著;图尔卡纳区和曼德拉区分布的网格则以系统发生嵌套为主(pβratio <1)(图2)。

图2 ratio的地理空间分布格局以及与火山距离之间的关系
虽然火山区和泛沿海区都以系统发生转换为主,但形成转换格局的原因却不相同。火山活动塑造多样的生境从而促进年轻植物类群的分化;但是频繁的地质活动不利于古老植物支系的保存,因此我们推断火山区高系统发生转换的格局主要是由年轻类群塑造而成(图3)。而沿海区域长期稳定的地质和气候条件下则保存有更多古老支系,对该区域系统发生转换格局的形成具有重要贡献。

3  肯尼亚各区系的代表植物及各网格与火山的关系。地图上的粗线代表植物区的边界,网格颜色表示与火山之间距离的倒数值。a,西部高原区,主要为热带雨林,如Kakamega森林和Nandi森林(a1–a3:短花苞叶兰Brachycorythis buchananii,软叶玉凤花Habenaria malacophylla,台湾火筒树Leea guineensis);b,火山区,与东非高山区重叠,以Kenya山、Aberdares山和Mau森林为代表(b1–b6:大苞硕莲Lobelia gregoriana,银绒千里木Dendrosenecio battiscombei,烟斗石南Erica arborea,乞峰帝王花Protea caffrasubsp. kilimandscharica,华烛麒麟Euphorbia candelabrum,丽芸木Calodendrum capense);c,图尔卡纳区,以金合欢-没药树灌丛和金合欢-扁担杆-卤刺树灌丛为代表(c1–c3:沙漠玫瑰Adenium obesum,光叶卤刺树Balanites glabra,光叶没药树Commiphora schimperi);d,泛沿海区,以低地常绿雨林和干旱森林为主(d1–d3:窄唇空船兰Aerangis kirkii,火球楝Pseudobersama mossambicensis,茎花同瓣香Isolona cauliflora);e,曼德拉区,与非洲之角区系相近(e1:东非哨兵花Albuca abyssinica)。

在全球干旱化的背景下,局部火山造山运动致使降水格局改变,从而加剧了肯尼亚北部和东部的极端干旱事件的影响力。依据系统发生生态位保守假说,极端环境的强烈过滤作用倾向于保留亲缘关系更近的类群,这可能是图尔卡纳区和曼德拉区表现为显著高的系统发育嵌套的重要原因。
研究成果以“New insights into the formation of biodiversity hotspots of the Kenyan flora”为题,发表于Diversity and Distributions期刊。

本研究得到了中国科学院国际合作项目(151853KYSB20190027)、中国科学院中-非联合研究中心重点部署项目(SAJC202101)、国家自然科学基金(31970212,31800178)和中国科学院青年创新促进会(2021077)等项目的资助。中国科学院植物研究所张强博士研究生和叶建飞高级工程师为共同第一作者,刘冰副研究员为通讯作者。
论文链接:https://doi.org/10.1111/ddi.13624

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