研究揭示喜馬拉雅山脈隆升過程

中國科學院昆明動物研究所研究員車靜團隊基於對喜馬拉雅地區的長期考察研究，重建該地區現生大部分兩棲爬行動物類群的時空演化動態歷史，探討喜馬拉雅山脈隆升及南亞季風發育等重要地質歷史事件的假說，揭示這些事件對生物分化、遷移的影響。相關研究成果以Herpetological Phylogeographic Analyses Support a Miocene Focal Point of Himalayan Uplift and Biological Diversification為題，發表在《國家科學評論》（National Science Review，NSR）上。

喜山兩棲爬行動物的演化史

喜馬拉雅山脈位於青藏高原南部，是全球平均海拔最高的山脈，8000米以上的高峰有10座，其中珠穆朗瑪峰是世界第一高峰，海拔8848.43米。喜馬拉雅也是全球34個生物多樣性熱點地區之一，其特殊的環境、巨大的海拔落差，孕育豐富的植被梯度和獨一無二的動物類群。

基於該團隊收集的一手數據，並整合GenBank上已發表的物種序列數據，收集到14個科、1628個兩棲爬行動物的多基因序列片段數據，涉及182個喜馬拉雅山區物種，佔該地區記錄物種的60%左右。研究通過構建物種演化樹，結合時間校正點以及物種分布信息，探討喜馬拉雅地區分布的兩棲爬行動物的時空動態演化格局。

喜馬拉雅地區現生兩棲爬行動物的多樣性最早從古新世（Paleocene）已開始積累。總體上就地成種事件和區域間擴散事件的變化趨勢基本一致，在早期較為緩慢，而在漸新世（Oligocene）末到中新世（Miocene）早期，物種累積速率加快。大約在中新世中期，約1500萬年前左右，喜馬拉雅地區物種累積速率達到最高峰，之後開始呈現下降趨勢。

動物演化支持「漸進式隆升假說」

作為地球上最年輕、最高的山脈，喜馬拉雅山脈是由印度次大陸與歐亞板塊碰撞形成的。然而，對於喜馬拉雅山的隆升歷史及機制，仍存在爭議。早期研究曾將喜馬拉雅山和高原面作為一個整體，提出「喜馬拉雅早期隆升假說」，即喜馬拉雅在新生代早期便已形成。然而，考慮到高原面與喜馬拉雅山在地質隆升歷史上的明顯不同，目前的地質學證據已普遍拒絕該假說。

目前，關於喜馬拉雅山脈隆升歷史的有兩個假說：一是近期隆升假說（Late Orogeny Hypothesis），該假說得到水文學和熱學證據的支持，認為喜馬拉雅直到上新世（Pliocene）中期才達到現有高度；二是漸進式隆升假說（Stepwise Hypothesis），該假說認為喜馬拉雅山在古新世晚期就已經開始隆升，但是前期抬升較為緩慢，直到中新世（Miocene）才開始快速隆升繼而達到現在的高度。

一個地區生物區系的演變過程和地質氣候變化緊密相關，在山脈隆升期間，地貌的異質性增加會產生大量的地理隔離機會和生態位分化，從而促進本地物種的大量形成。對應這兩種地質假說，可以預測出兩種截然不同的生物演化模式：（1）如果近期隆升假說成立，喜馬拉雅地區兩棲爬行動物物種的累積加速時間會在上新世中期或之後發生。（2）如果漸進式隆升假說成立，將看到當地物種累積從古新世晚期開始，並在中新世加速。

該研究重建的喜山地區兩棲爬行動物的演化動態模式更支持「漸進式隆升假說」。研究首次整合和解析喜馬拉雅山區兩棲爬行動物區系的演化歷史，並探討不同的地質假說。在生物多樣性保護角度，該研究具有重要意義，其結果支持喜馬拉雅山地區是重要的物種形成、分化搖籃。喜馬拉雅山脈在面積如此小的地區集中如此多的特有物種，是世界級的生物基因寶庫。應加強對該地區生態環境及棲息地的保護，從而保護這些珍貴而獨特的生物資源。

昆明動物所博士研究生徐偉為論文第一作者，車靜和美國德克薩斯大學奧斯汀分校教授David M. Hillis為論文的共同通訊作者。研究工作得到第二次青藏高原綜合科學考察研究專項、中科院戰略性先導科技專項（A類）「泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設」、中國西南野生生物種質資源庫動物分庫（國家重大科技基礎設施專項）的支持。車靜得到中科院公派出國留學計劃支持，David M. Hillis得到中科院國際訪問學者計劃資助。

喜馬拉雅山區及代表兩棲爬行動物示意圖

喜馬拉雅地區兩棲爬行動物的演化過程。總體演化模式（a），喜馬拉雅和其它地區的擴散模式（b）

喜馬拉雅地區兩種隆升假說：漸進式隆升假說（a）和近期隆升假說（b），以及相對應的生物演化過程預測（c、d）。圖c與實際演化過程更加相符

來源：中國科學院昆明動物研究所