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柏科化石揭示植物类群如何响应白垩纪-古近纪之交气候变化

2020-03-02


在白垩纪-古近纪之交(约66.0 Ma)发生了以非鸟类恐龙绝灭为标志的第五次全球生物大绝灭,这次绝灭事件改变了陆地生态系统和一些生物的演化方向,同期还伴随有全球性降温。在整个生物界中,动物类群跨越白垩纪-古近纪界线前后的形态变化前人已有报道;而对于植物类群如何跨越白垩纪-古近纪之交这一科学问题,迄今所知甚少。


针对这一科学问题,现代古生物学和地层学国家重点实验室博士后崔一鸣、中国科学院植物研究所王宇飞研究员团队和维也纳大学David Ferguson教授开展合作研究,在发现黑龙江嘉荫早古新世柏科化石新物种中华美索赛帕里斯(Mesocyparis sinica)基础上,从形态学和生态学等方面探究了植物类群如何响应白垩纪-古近纪转折期气候变化。该研究成果“Fossil evidence reveals how plants responded to cooling during the Cretaceous-Paleogene transition”2019年发表于国际学术期刊BMC Plant Biology


此研究将Mesocyparis全部5个物种的形态变化置于广义柏科系统发育框架下,发现该属最显著形态变化为该属的球果增大了约1.3倍。同时,类比研究揭示现今柏科近缘类群的球果大小与温度呈负相关,暗示着在白垩纪-古近纪之交,降温很可能驱动了该属球果体积的增大。此外,研究人员推测,球果增大的生物学功能可能是一种帮助种子扩大传播和生存的机制,与取食球果和种子的动物对视觉醒目的大球果的选择偏好有关,这种选择偏好可能发挥了自然选择的作用,拣选并强化美索赛帕里斯属球果增大的性状。而发生在这一时期的鸟类与哺乳动物的快速辐射演化带来了大量潜在的搬运球果和种子的新生类群,为该属的扩散传播增加机会。


更有趣的是,该研究首次定量刻画了在大约70-60 Ma的时段内,该属连同水杉属(广义柏科)和Nordenskioeldia(昆栏树科)的分布北界都往南迁移了大约4-5°,即450-550公里。这些发现表明,植物类群的分布北界受到白垩纪-古近纪之交降温的影响而南迁是一个普遍规律。这项研究首次提供了植物类群如何从形态学和地理分布变化两方面来响应白垩纪-古近纪之交气候变化的案例,并拓展了科学界对于植物适应气候变化的认知。


此项研究工作得到了国家自然科学基金委重大项目和面上项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室基础基金项目、中国科学院战略性先导科技专项(B类)以及国家重大科学研究计划全球变化研究项目的共同资助。


论文信息:Yiming CUI, Wei WANG, David FERGUSON, Jian YANG, Yufei WANG. Fossil evidence reveals how plants responded to cooling during the Cretaceous-Paleogene transition. BMC Plant Biology, 19: 402, (2019). https://doi.org/10.1186/s12870-019-1980-y


中华美索赛帕里斯的化石形态


美索赛帕里斯属的系统发育树、地理分布及球果形态变化




广义柏科美索赛帕里斯属、水杉属,以及昆栏树科诺登斯基乌迪亚属分布北界变化及同期全球平均温度变化



 


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