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【中国科学报】攀鲈“西游记”—— 一段历史生物地理的新叙事

發表日期:2019-04-12來源:放大 縮小

 

現代攀鲈分布區(藍色)及青藏高原攀鲈化石産地(紅圓)。化石爲西藏始攀鲈正模標本,現存于中科院古脊椎動物與古人類研究所。吳飛翔供圖 

 

  在生物地理學研究中結合分子學和古生物學的方法開始逐漸受到關注和重視,因爲它能提供更強有力的年代約束,有助于理解現生生物在進化時間軸上的間斷,還能補足曆史分布的缺失片段等。

  但在國內,從事相關研究的團隊並不多,難點還在于將化石和分子學數據納入生物地理學分析模型的計算方法還並不成熟。

  本报记者 胡珉琦 

  地球上生物多樣性的分布格局非常複雜多樣。這是因爲生物總是以一種對自己極爲有利的方式進行或短或長的“遷徙”,而這種能力也導致了它們在全世界的廣泛擴散。那一段段擴散的曆史常伴隨著地貌、氣候、環境的滄桑巨變,有著史詩般的浩蕩、曲折。

  近日,中科院古脊椎動物與古人類研究所和中科院水生生物研究所合作研究,用分子學結合古生物學的方法推演生物地理學曆史,從而講述了特別的迷鰓魚類——攀鲈的征途故事。相關研究成果在線發表于《科學通報》。

  生物地理的困擾 

  過去,人們可能會認爲,由于那些連綿的山河、陸地,還有無邊大海的屏障作用,生物尤其是淡水生物絕不會擴散到遠隔重洋的地域。可事實卻並非如此,有些近緣的淡水魚類出現在了相隔非常遙遠的不同地點,而且,一些類群的分布還很特殊,屬于洲際間斷分布。這種地理格局的形成機制一直都困擾著生物地理學研究者。

  迷鰓魚類是鲈超目裏一個非常特殊且格外受到關注的類群,因爲它們的鰓腔上方長有一個結構複雜的迷鰓,可以同時用鰓和“肺”呼吸。它們即便離開水面,只要沒有陽光暴曬,又有一定的濕度,就可以在陸地生存很長一段時間。在它們當中,鬥魚、絲足鲈、吻鲈等都是人們常見的熱帶觀賞魚類。

  奇怪的是,現在迷鰓魚類多數種類都分布在印度和東南亞的熱帶平原地區,唯獨攀鲈科的魚類大多數生活在撒哈拉以南非洲中西部的熱帶平原和雨林地區,只有少數種分布在南亞、東南亞熱帶地區,雖是近親,卻遠隔重洋。

  其實,達爾文很早就對這個看上去難以理解的問題做出過猜想。如果我們不斷擴大時間的尺度,相信有些比較古老的魚類,它們有充分的時間去經曆巨大的地理變遷,結果也就有了充分的時間和方法進行很大範圍的遷徙、擴散。

  曆史生物地理學就是要還原生物在漫長演化過程中的時空遷移、分布的故事,而這些故事必定伴隨著地貌、氣候、環境的滄桑巨變,有著史詩般的浩蕩、曲折。對科學家來說,如何接近並呈現一段完整的曆史真相是極具挑戰的。

  中科院古脊椎所副研究員吳飛翔表示,以攀鲈爲例,由于它現生種的主要分布區遠在非洲,過去,科學家猜想它是由于岡瓦納古陸裂解,形成的印度板塊向北漂移,而因此遷徙至現在的東南亞的。已經有不少生物地理學研究的證據證明,中生代晚期印度板塊從岡瓦納古陸分離後,在亞洲、非洲之間充當著“腳踏板”的角色,促進了各大陸間生物的擴散與交流。

  可惜,這樣的猜測太過粗糙。物種的時空分布曆史有一些關鍵問題需要厘清,例如祖先的起源時間、起源中心,各類群的分支時間,具體的擴散路徑。

  達爾文曾經說過,每一個物種以及每一群物種的存在,在時間上都是連續的,所棲居的地區也是連續的。也就是說,如果時間出現了斷點,在中間地帶發生過滅絕,僅僅通過現生物種去推斷過去的生物地理情景,就有可能漏洞百出。

  這一次,中科院古脊椎所聯合中科院水生所的研究團隊用現代分子學技術並結合了可靠的化石記錄進行分析,認爲攀鲈的這場漫漫征途也許擁有一段新的敘事。

  攀鲈並非從非洲“出走” 

  2017年,吳飛翔團隊在藏北倫坡拉和尼瑪盆地發現了一些珍貴的化石標本——迄今所知最古老的攀鲈化石,距今約2600萬年~2400萬年。通過形態學分析,確立了它們與現代攀鲈的親緣關系。

  這個發現不同尋常,因爲現代攀鲈斷不可能分布在平均海拔4500米、寒冷又幹燥的青藏高原。這與新生代以來最重要的地質事件青藏高原的隆升有密切關系。

  事實上,早在2600萬年前,青藏高原內部還曾是溫暖潮濕的低地,也就是說,這裏的確有條件成爲攀鲈遷徙路上的一個落腳點或者中轉站。

  古生物學家的研究內容並沒有止于此。吳飛翔介紹,過去,攀鲈及其親緣種的化石記錄非常匮乏,且年代和譜系信息都模糊不清,有了西藏始攀鲈,他們結合已知迷鰓類多個代表性化石與現生物種的分子學數據一起納入曆史生物地理學分析,運用不同的化石校正結合年代推定方法及生物地理學分析模型,重建了攀鲈類的動物地理學曆史。

  研究團隊發現,攀鲈類的祖先起源于約5000萬年前,晚于岡瓦納古陸裂解的白垩紀時期,也就是說,攀鲈祖先最初是從非洲“出走”的假設很可能是不成立的。更有可能的解釋是,東南亞才是它們的起源中心。

  吳飛翔說:“攀鲈通過當時連通西藏的水系擴散至位于較低古緯度的溫暖濕潤的西藏腹地,後因高原隆升導致的環境變化而在這一地區消失。而它們的一部分先輩在印度次大陸與亞歐大陸碰撞後不久,借道印度,在約4000萬年前向西擴散到了非洲,生生不息。”

  同時,研究人員還推測,攀鲈的亞非間斷分布模式在它們第一次到達非洲時就定型了,之後的陸地連結並沒有造成它們的二次擴散。吳飛翔解釋,這可能與北非和西亞地區始新世之後逐漸變幹的古環境變化有關。

  化石是探索生命演化的重要證據,它們包含了現生物種所不具有的重要的時空信息。然而,由于化石的可遇而不可求,系統演化和生物地理學分布的格局有時便只是利用分子生物學來進行討論。

  中科院西雙版納熱帶植物園研究員星耀武告訴《中國科學報》,在生物地理學研究中,結合分子學和古生物學的方法開始逐漸受到關注和重視,因爲它能提供更強有力的年代約束,有助于理解現生生物在進化時間軸上的間斷,還能補足曆史分布的缺失片段等。但在國內,從事相關研究的團隊並不多,難點還在于將化石和分子學數據納入生物地理學分析模型的計算方法仍不成熟。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.03.029

  《中国科学报》 (2019-04-12 第5版 文化)
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