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北半球拥有最高的温带植物多样性，其中东亚较北美和欧洲更为丰富。目前对该分布格局的解释尚有争议，存在不同的假说，如“时间积累假说”和“生态位改变假说”。冷杉属在北半球寒温带及亚热带山地形成广袤的森林，具有重要的生态和经济价值，对未来气候变化有显著的指示意义。该属物种多样性以东亚最高并集中在横断山喜马拉雅地区，且不同地区的谱系演化时间差异较大，是检验以上假说和探讨北半球多样性不均衡格局形成原因的模式类群。

图1  冷杉属多样化速率

国家植物园（南园）王强研究组向巧萍副研究员和张宪春研究组联合利用目标序列富集测序技术获取了世界冷杉属近全部种类的56个单拷贝核基因，建立了稳固的属内系统发生关系，估算分化时间，并利用多元回归检测物种丰富度与环境变量的相关性。研究发现尽管北美的冷杉属分化时间最久远（约33.18 Ma；早渐新世），但东亚的物种多样性和物种形成速率均最高（图1）。

图2  冷杉属物种多样化的主要环境驱动因子

不同地理尺度上，物种丰富度与季节性降水呈显著正相关，与最暖季最高温和最湿季均温呈显著负相关，表明冷杉偏好季节性降水充分且凉爽的气候（图2）。

图3  冷杉属的生态位转化

喜马拉雅-横断山谱系和墨西哥高地谱系在中新世独立发生了与多样化速率相关的生态位转变（图3），中新世剧烈的喜马拉雅造山运动创造的高海拔生境和东亚季风带来的充沛降水促成了喜马拉雅-横断山谱系物种的多样化；墨西哥高地的火山活动同样导致了有关物种的分化，但持续时间较短且范围较小。而晚古新世以来北美干冷的大陆性气候以及中新世以来欧洲地中海地区季节性降水匮乏偏离了冷杉属植物适宜生境，可以解释这两个地区相对低的多样性。

本研究以冷杉属植物为例，揭示了生态位转变是造成北半球物种多样性不均衡的主要原因，为研究全球气候变化趋势下物种多样性的保护提供了理论依据。

该研究成果于近日在线发表于国际学术期刊Journal of Biogeography，向巧萍为论文第一作者和共同通讯作者，卫然副研究员为论文共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、生态环境部和中国科学院青年创新促进会的资助。

泛喜马拉雅植物多样性研究组

组长：王强研究员

邮箱：wangqiang@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

唇形科、桔梗科植物分类及高山植物多样性研究。

孢子植物分类学研究组

组长：张宪春研究员

邮箱：zhangxc@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1.蕨类植物分类和系统；2.《泛喜马拉雅植物志》石松类和蕨类

编辑 | 韩艺

审核 | 梁鹏鸿