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葡萄科植物究竟起源于何时何地？又是如何跨越山川海洋、征服恶劣环境，形成现今的分布格局的呢？

国家植物园（南园）植物大数据与生物多样性保护研究团队与合作者在《自然-植物》（Nature Plants）杂志发表的最新研究成果，回答了这些问题。

01.葡萄家族里不只有葡萄

眼下正是葡萄成熟的季节，一串串晶莹剔透的葡萄让人垂涎欲滴，但你知道它来自哪里、它的家族成员还有哪些吗？

事实上，葡萄科（Vitaceae）是一个大家族，共有18属约950个物种，而葡萄只是这个大家族的千分之一。我们熟悉的景观植物爬山虎、锦屏藤也属于葡萄科家族成员。

葡萄科植物广泛分布于全球热带和亚热带地区，模样千奇百怪。在漫长的演化历史中，它们占据了条件迥异的生态位，也就是说，不同地区的葡萄科植物进化成不同的形态，以适应其生长环境。比如，在潮湿的热带雨林里，它们为了争夺树顶的阳光，往往以攀援藤本的形式存在；到了干旱的稀树草原，它们又变成低矮的灌木；而在极度贫瘠的石灰岩山地，它们则进化出像水瓮一样的树干，形成奇特的景观。

▲葡萄科的主要生境（a-c）和全球分布图（d）

02.起源与扩散

不同物种的DNA是有差异的，差异越大，物种间的亲缘关系就越远。因此，科学家通过对不同物种的DNA进行测序并比对它们之间的差异，就可以分辨物种之间的亲缘关系。这种关系通常以树形图的形式展示，这就是生命之树。

科研团队历经20多年，收集、测序了495种葡萄科植物的DNA序列，构建了目前取样最全的葡萄科植物生命之树，结合化石证据和生物地理重建推断，发现葡萄科植物可能起源于白垩纪晚期的亚洲，这与亚洲葡萄科现存属的高度多样化和大量向外扩散的事件一致。但是，目前古植物学家发现的葡萄科最古老化石却来自白垩纪晚期的印度（当时不在亚洲，离非洲更近），科研人员推测，印度板块可能作为“踏脚石”，促进了亚洲与非洲之间的交流。

在古新世和始新世期间，葡萄科植物迅速拓殖了南半球，并在所有主要大陆上发生了多样化。在始新世期间，葡萄科植物向非洲大陆和马达加斯加的扩散尤其显著，这两个地区也拥有葡萄科最高的物种多样性（拥有400种葡萄科植物）。渐新世后，崖爬藤属、葡萄瓮属、葡萄属和酸蔹藤属的多样化速率显著上升，也正是在这一时期，上述类群的生境发生了显著变化，同时演化出了一系列新的适应性状。

▲葡萄科的生物地理历史重建示意图

03.“自救”：迁移和演化哪个更容易？

在漫长的地质历史中，全球气候经历了多次温暖期和寒冷期的交替。当环境发生变化时，植物或采用迁移至新分布区的策略以维持其原有生态位，或采用原地演化出新性状的策略来适应新环境，或两种策略兼而有之。

那么，究竟是植物的迁移更重要，还是演化更重要？这里涉及到一个非常流行的假说，即生态位保守假说。该假说认为，物种更倾向于保持其祖先的生态位，即迁移比演化更容易。但也有研究表明，演化策略也很重要。

研究团队对葡萄科植物进行了生态位重建，结果表明葡萄科祖先的生态位是湿润森林。那么，葡萄科植物如何走出雨林，应对始新世之后日益干旱和寒冷的环境呢？

研究团队分析了各地史时期葡萄科植物的扩散事件、生境转变和关键性状演变。结果发现始新世和中新世气候温暖，葡萄科物种更多通过“迁移”策略抢占空白的湿润生境。渐新世时期气温骤降，灭绝事件增多，采用“迁移”策略的类群也显著下降。中新世后大量新生境和适应性状（如多肉）的出现，可能促使葡萄科植物“演化”策略成为主导。

这些结果表明，植物在演化过程中并不总是遵循生态位保守原则，研究中应谨慎使用相关理论和假设。

▲不同地质时期内葡萄科生存策略变迁示意图

该研究创新性地将类群生物地理扩散、关键性状演化与环境变化相结合，深入剖析了葡萄科植物生存策略的转变模式和机制，对于增进我们对生物多样性形成与变化动态的理解，预测植物如何响应未来环境变化具有重要科学价值。