新聞背景
最近,以蘭州大學劉建全課題組為首的國際科研團隊,取得了一項填補國際生物地理學領域空白的創新性成果,他們詳細地論證了聯合古陸分離導致不同大陸分布的柏科植物「各奔前程」的假說,這項研究成果在2012年5月15日出版的《美國科學院院刊》上發表。
本報特約該論文的第一作者蘭州大學毛康珊博士,就這項有趣研究的內容向公眾做一點科普解讀。
一億六千萬年前的聯合古陸解體
兩億兩千萬年前,地球上只存在一個超級大陸,其面積相當於現今所有陸地面積之和,史稱聯合古陸或者泛古陸。聯合古陸氣候相對穩定溫和,地球赤道地區並不炎熱,南極和北極地區也沒有冰川,地球不同區域生長著近乎相同的生物種類。
那時,恐龍時代剛拉開序幕不久,柏科植物的共同祖先便已出現,開始逐漸進化出不同的植物種類並且遍布聯合古陸南北部。約一億六千萬年前的晚侏羅紀,恐龍種類繁盛,聯合古陸開始逐漸分離為兩個超級古大陸,即北方的勞亞古陸和南方的岡瓦納古陸。伴隨此地質事件,柏科植物目前最興盛的兩個亞科——主要分布於北半球(主要源自勞亞古陸)的柏木亞科和分布於南半球(由岡瓦納古陸演化而來)的澳洲柏亞科,其祖先開始在各自的「新家」沿著不同的軌跡繼續進化。
勞亞古陸是北半球主要大陸的前驅,後來逐漸破碎化形成北美洲、歐洲和大部分亞洲大陸。岡瓦納古陸則是南半球主要大陸的前驅,先後分離產生出南美洲、非洲、印度(以上三個大陸後來部分或全部漂移至北半球)、南極洲和澳大利亞大陸等。隨著聯合古陸逐漸分離及破碎化為不同的古大陸,地球古氣候環境逐漸出現緯度溫度梯度,即高緯度地區氣溫相對較低,反之亦然。各大陸之間分開之後,分布在各個大陸上的生物開始適應不同的環境,因而逐漸朝著不同的方向進化,最終產生現在各大洲互不相同的生物物種。柏科柏木亞科的祖先和澳洲柏亞科的祖先也不例外,他們隨著勞亞古陸和岡瓦納古陸的分離破碎,逐漸進化產生出現在柏科絕大多數的物種。
柏科植物保留了古大陸分離的地理格局
事實上,科學家已經證明聯合古陸分離的歷史對哺乳動物、兩棲類和爬行類的進化歷史也造成了較大影響。以大家最為熟悉的恐龍為例,化石證據表明,晚侏羅紀時勞亞古陸和岡瓦納古陸分離時,分別生長在兩個古陸上的恐龍便開始進化產生出不同種類的恐龍。另一個例子是蛙類,科學家研究發現南半球和北半球的蛙類進化支系「分道揚鑣」的時間與勞亞古陸和岡瓦納古陸的分離時間高度吻合。
但是,動植物如果移動性強或者傳播較遠的話,往往會破壞這種由於古大陸分離破碎形成的生物在地理分布上的格局。比如,紅莓苔子(一種杜鵑花科的、產漿果的灌木)最初只在北半球高緯度地區生長,後來通過候鳥傳播至南美洲高緯度地區;候鳥遷徙前通常會採食這種漿果儲備體能,紅莓苔子就是搭乘「鳥胃航班」到達南美洲最南端的。很多植物都進化出相似機制,它們長出鮮美的果實讓動物採食,然後種子就可以在動物的胃裡面安全的傳播到新的地點,在那裡生根發芽,繼續繁衍。
與紅莓苔子等植物不同,一億六千萬年前柏木亞科和澳洲柏亞科的祖先,其球果多為木質化結構,口感硬澀且難以消化,並不吸引動物,它們的種子大多數藉助風力和水力來傳播。因此,柏科植物由於古大陸分離而產生的地理格局得到了很好的保留。