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过去500万年兰花物种激增！中美洲成爆发性进化中心

来源：花匠小妙招时间：2024-08-14 19:17

兰科植物经常被科学家誉为植物界最伟大的进化奇迹之一。这些开花植物不仅在除南极洲以外的每个大陆和几乎每个栖息地（包括北极圈以北）都有发现，而且它们的多样性也令人难以置信，估计有29500种，几乎是公认的全球鸟类物种数量的3倍。

人们普遍认为兰花起源于大约9000万年前或更早，但此前人们认为兰花出现在冈瓦纳超大陆（位于今天的澳大利亚）。然而，新的研究表明，它们的共同祖先可能起源于北半球的劳亚古大陆，然后进一步传播到世界各地。近日，在《新植物学家》上发表的一项新研究中，英国邱园皇家植物园的科学家与拉丁美洲、亚洲和澳大利亚的合作伙伴一起，提出了兰科（Orchidaceae）的最新谱系，将其起源追溯到约8500万年前的北半球的劳亚古大陆。

这项研究不仅为兰花复杂而迷人的进化历史提供了新的线索，而且该研究的作者希望他们的发现将有助于为未来的兰花保护规划提供信息。

（兰花是开花植物中物种最丰富的科之一，仅次于菊科（菊科）。图为：Lepanthes cascicula。来源：Oscar Perez，RBG Kew）

兰花是最壮观的开花植物之一。然而，由于缺乏最新的系统发育地理学分析，它们的起源、遍布全球和物种形成的热点仍然不确定。研究团队基于组合的高通量和桑格测序数据提出了新的兰科系统发育学（包括近40%的公认兰花属和约7%的已知物种多样性），涵盖所有5个亚科、17/22个族、40/49个亚族、285/736个属和29524个公认物种中的7% (1921)，并通过地理分布，用它来推断地理范围进化、多样性和物种形成模式。

据该研究推测，兰花最近的共同祖先生活在白垩纪晚期的劳亚古大陆。现代拟兰亚科（Apostasioideae）包括从印度到澳大利亚北部的两个属16种，类似于渐新世全球气候变冷后在高纬度地区灭绝的许多其他类群。尽管起源古老，但现代兰花物种多样性主要起源于过去500年，其中巴拿马和哥斯达黎加的物种形成率最高。这些研究结果改变了学界对兰花地理起源的理解，之前提出兰花起源于澳大利亚，并将中美洲确定为最近爆发性物种形成的地区。

这份兰科谱系是通过合并从兰科植物中获得的不同类型的DNA序列数据来重建的。该任务的核心是英国邱园皇家植物园生成的新的“高通量”基因捕获数据，作为植物和真菌生命树 (PaFToL) 项目的一部分，通过将结果与许多兰花物种已发表的DNA序列相结合，进一步提高了的分辨率。这些DNA“条形码”序列反映了数十年来在兰花进化树的各个分支之间建立兰花家族关系的努力。结合地理分布信息，这些丰富的数据显示了兰花物种多样性在全球的分布情况。

朴茨茅斯大学讲师兼皇家植物园研究助理 Natalia Przelomska 博士表示：“如果没有地理和历史广度，在实验室中从如此广泛的物种中生成‘基因捕获’数据是不可能的。我有幸从参与这项研究的多位野外植物学家最近收集的野外样本中提取了DNA，可以追溯到A.C. Maingay和E.L. Ekman等植物学家。他们在19到20世纪探索了旧世界热带地区和新热带地区的兰花。”

根据英国邱园皇家植物园的《2023 年世界植物和真菌状况》报告，估计世界上45%的已知植物面临灭绝风险，兰科植物中这一数字甚至更高，估计有56%的物种面临灭绝威胁。更好地了解兰花家谱的各个分支以及它们如何相互联系将有助于科学家发现和描述新的兰花生物多样性。

根据这份新报告，帮助保护兰花的一种方法是更好地了解物种形成模式，即种群发展成不同物种的进化过程。在这种情况下，它可以揭示哪些生态系统具有高于平均水平的兰花多样性以及承载新兰花多样性的最高进化潜力。

英国邱园皇家植物园综合专题研究负责人Oscar Pérez博士表示：“我们的研究首次在全球范围内揭示了哪些生态区域具有最高的兰花进化潜力和物种丰富度。也就是说，哪些生态区域具有最高的兰花进化潜力和物种丰富度。最近的时间尺度（即过去2-3百万年）中，它成为前所未有的物种形成的摇篮，导致兰花物种多样性的积累达到非常高的水平。我们认为，只要它们的原生生态区域受到保护，这些地区在不久的将来就有能力容纳更多的多样性。因此，我们的研究提供的关于物种形成和物种丰富模式的信息可以为生态系统保护的优先顺序政策提供信息。”

不幸的是，与兰花形成物种所需的时间（大约500万年）相比，兰花正在以惊人的速度灭绝。这表明，即使没有精确估计已经灭绝的兰花物种数量，它们也可能无法在人类时间尺度上从灭绝中恢复过来。

这项新研究只是科学家们绘制涵盖所有已知属的完整兰花生命树的目标的第一步。作者还旨在将兰科植物作为选择的模型谱系，以了解全球不同生态系统中的物种形成和灭绝是如何发生的。此外，这将有助于了解气候变化、森林砍伐和非法贸易如何在不久的将来影响此类物种多样性的分布。