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《自然》 | 武漢植物園及中-非聯(lián)合研究中心團隊領(lǐng)銜解析猴面包樹屬植物的演化歷史
猴面包樹（baobab tree）多樣性格局的形成與保護
2024年5月15日，由中國科學(xué)院武漢植物園/中國科學(xué)院中-非聯(lián)合研究中心（以下簡稱“中-非中心”）牽頭，聯(lián)合英國倫敦瑪麗女王大學(xué)、英國皇家植物園邱園、華大基因、馬達加斯加塔那那利佛大學(xué)、肯尼亞國家博物館、上海辰山植物園等科研機構(gòu)，在《自然》雜志（Nature）發(fā)表了題為“The rise of baobab trees in Madagascar”的研究論文，系統(tǒng)闡明了全球關(guān)注的瀕危植物類群——猴面包樹屬的多樣性演化歷史，提出馬達加斯加應(yīng)為該屬的起源分化中心，研究通過綜合遺傳、生態(tài)、地理數(shù)據(jù)分析，重點揭示了馬達加斯加猴面包樹歷史種群動態(tài)變化的驅(qū)動因素，并就其未來保護提出科學(xué)、有效的保護策略及建議。
馬達加斯加是世界第四大島，因其高度多樣化及特有的生物區(qū)系，成為全球最重要的生物多樣性熱點區(qū)域之一，也是探討生物演化與保護的“天然實驗室”。 猴面包樹屬（Adansonia）是錦葵科木棉亞科落葉喬木，全球僅存8個種，其中6個種特有分布于馬達加斯加，其余兩種分別分布于非洲大陸和澳大利亞 （圖1）。猴面包樹類群個體壽命可達上千年，其果實可食用，樹干儲水豐富，樹皮是手工制品和建筑原材料，在干旱條件下，還為各類動物提供水、食物和庇護所，因此被稱為“生命之樹”，在馬達加斯加亦被喻為“森林之母”，具有極其重要的科學(xué)研究、經(jīng)濟、生態(tài)和人文價值。此外，猴面包樹體型巨大、形態(tài)奇特，在當?shù)匦纬?/span>了壯美的自然景觀，每年吸引全球無數(shù)旅行者慕名而來（圖2）。
圖1. 猴面包樹屬植物現(xiàn)今全球分布格局及IUCN瀕危保護等級
受全球變化和棲息地破壞影響，近年來猴面包樹屬植物多樣性保護成為學(xué)術(shù)界和大眾廣泛討論的熱點問題，尤其在馬達加斯加，部分物種的個體數(shù)和適宜生境驟減，已有三種猴面包樹被世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄（IUCN Red List）列為瀕危或極度瀕危物種。同時，關(guān)于猴面包樹屬的起源中心及地理分布格局的形成歷史仍存在較大爭議。因此，盡快厘清猴面包樹多樣性格局的形成過程，通過系統(tǒng)的科學(xué)研究指導(dǎo)并制定更有效的保護策略已刻不容緩。
圖2. 位于馬達加斯加穆隆達瓦的猴面包樹大道（攝影：中-非中心）
研究人員通過對來自馬達加斯加、塞內(nèi)加爾和澳大利亞的8個猴面包樹物種野生個體遺傳信息解析，重建了猴面包樹屬演化歷史，發(fā)現(xiàn)其物種多樣性分化始于距今約2100萬年前，該時間遠晚于非洲和澳大利亞板塊的分離及馬達加斯加島的形成（約1.6億年前）。不僅如此，綜合數(shù)據(jù)分析表明包括已形成洲際隔離或島嶼同域分布的猴面包樹物種，在歷史上均存在種間雜交情況，從而導(dǎo)致了屬內(nèi)全基因組水平上系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系信號的不一致性（圖3），依據(jù)研究揭示的歷史同域雜交式樣和實際的跨洋擴散可能性，提出馬達加斯加島應(yīng)為現(xiàn)存猴面包樹屬冠群的起源分化中心。
同時，該研究通過整合全基因組計算的遺傳多樣性、歷史種群數(shù)量及生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)分析，揭示了馬達加斯加現(xiàn)存6種猴面包樹物種間的生態(tài)位競爭格局，發(fā)現(xiàn)因全球海平面歷史波動引起的島嶼面積變化，島嶼內(nèi)山體隆起、火山噴發(fā)等地質(zhì)演變因素，共同驅(qū)動著島內(nèi)猴面包樹物種種群大小及分布的動態(tài)變化（圖4）。由地質(zhì)演變產(chǎn)生的豐富小生境異質(zhì)性以及種間雜交可能造就了島內(nèi)猴面包樹屬物種的多樣性，這為理解物種演化及分布格局的形成，尤其是馬達加斯加特有生物多樣性發(fā)生機制，提供了重要研究案例。
圖3. 猴面包樹屬8個種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與種間雜交歷史
圖4. 馬達加斯加猴面包樹種群變化歷史及其受地質(zhì)事件、海平面變化等的影響
此外，研究還發(fā)現(xiàn)IUCN可能低估了馬達加斯加猴面包樹物種的現(xiàn)實瀕危狀況，通過對屬內(nèi)種間競爭及雜交影響的評估并綜合基因組和生態(tài)學(xué)研究結(jié)果，對馬達加斯加特定猴面包樹物種分別提出了新的保護建議和策略，為有效保護該島整體生物多樣性提供了新的科學(xué)視角和重要參考依據(jù)。
研究人員同期在《自然》雜志上發(fā)表題為“The evolutionary history of baobabs and implications for?their conservation”的研究簡報（Research Briefing）。
中國科學(xué)院武漢植物園王青鋒研究員、萬濤研究員為論文的共同通訊作者，萬俊男博士、王生位博士、英國倫敦瑪麗女王大學(xué)Andrew R. Leitch教授、英國皇家植物園邱園Ilia J. Leitch 教授、華大基因簡建波博士為共同第一作者。該研究得到了中-非中心、國家自然科學(xué)基金等項目資助。該成果是武漢植物園/中-非中心長期與非洲、歐洲等相關(guān)科研機構(gòu)緊密合作實施非洲生物多樣性研究與保護的階段性總結(jié)，團隊先期已在包括《自然-植物》（Nature Plants，2018），《自然-通訊》（Nature Communications，2021）等期刊發(fā)表了系列相關(guān)研究論文。