2023年度中国古生物学十大进展 ∣ 低纬度地区植物如何响应末次冰期以来的气候变化？

        第四纪全球气候开始出现明显的冰期–间冰期（冷-暖）交替模式，其中末次冰期以来发生的剧烈气候波动，对陆地生物群的分布产生了深远的影响，奠定了现代生物多样性的基本格局。但由于不同地区与赤道、海洋环流、山脉等的距离不同，生物受到末次冰期气候波动的影响也不尽相同。以往的研究表明最显著的生物变化发生在中高纬度地区，但低纬度地区生物同样也受到末次冰期气候波动的影响，然而由于材料的缺乏，关于低纬度地区植物如何响应末次冰期以来的气候变化，我们了解还甚少。众所周知，很多植物在冰期气候变冷时会退缩到避难所，即分布区收缩，在间冰期气候变暖时又发生扩张，植物响应冰期气候变化的这种方式也称为扩张-收缩模式，但这并不是植物响应冰期气候波动的唯一策略。相反，冰期气候给有些耐寒植物反而提供了有利的生存条件，导致它们在寒冷时期发生扩张，到了温暖的间冰期又开始收缩。大量化石和分子证据表明这种发生冰期扩张的植物主要分布于中高纬度地区，如仙女木、矮柳等。那么，低纬度地区植物是如何响应冰期气候变化的？尽管分子系统地理学研究表明一些低纬度地区植物，如绢毛蔷薇，在末次冰期可能发生了扩张，但关于低纬度地区植物尤其是耐寒植物如何响应末次冰期的气候变化还缺少确切的化石证据。

        近年来，中山大学生命科学学院金建华教授和生态学院黄路亮特聘副研究员牵头，与中国科学院西双版纳热带植物园和南非约翰内斯堡大学等专家合作，在我国广东茂名盆地晚更新世地层中发现了非常丰富的“木乃伊化”保存的植物大化石，同位素测年显示该地层的时代（29–27 ka BP, 33–30 ka cal. BP）处于末次冰期。以这些宝贵的植物大化石为研究材料，结合传统古植物学、古气候重建以及Biomod2物种分布模型等多学科研究方法，深入探讨了华南低纬度地区不同植物响应冰期气候变化的不同策略，取得的主要成果为：（1）在低纬度末次冰期地层中首次发现高山耐寒植物华山松木化石。现生华山松主要分布于我国中部至西南部的秦岭、大巴山和云贵高原等地区，台湾有一变种（台湾果松），茂名木化石的发现表明华山松这一耐寒植物在末次冰期曾扩张至华南低纬度地区，这是低纬度地区植物发生冰期扩张的首个大化石证据，同时结合物种分布模型验证了华山松（末次）冰期扩张-（全新世）间冰期收缩的气候响应策略，这一现象产生的主要气候原因可能是末次冰期以来华南低纬度地区冬季温度和平均气温日较差的变化，影响了华山松的种子繁殖（论文1）；（2）在同一地层中还发现有喜热植物厚壳桂木化石，同时结合物种分布模型模拟，揭示了低纬度地区厚壳桂的气候响应策略：（末次）冰期收缩-（全新世）间冰期扩张，末次冰期以来大陆性干旱和温度季节性变化可能是这一现象产生的主要气候原因（论文2）。

        以上成果为我们揭示了低纬度地区不同植物应对冰期气候变化的不同响应策略，表明冰期气候深刻影响了低纬度地区植物的分布，为深入理解低纬度地区生物如何响应第四纪气候变化以及科学指导当今全球气候变化背景下生物多样性的保护等提供了重要的地质数据。本项研究得到了国家自然科学基金（42102004, 42072020）等项目的资助，相关成果分别发表在《National Science Review》和《iScience》上。生态学院特聘副研究员黄路亮为论文第一作者，生命科学学院金建华教授为通讯作者。

论文1信息: HUANG Lu-liang, LI Shu-feng, HUANG Wei-ye, XIANG He-lan-lin, JIN Jian-hua*, OSKOLSKI A. Alexei. 2023. Glacial expansion of cold-tolerant species in low latitudes: megafossil evidence and species distribution modelling. National Science Review, 10(4): nwad038. DOI: https://doi.org/10.1093/nsr/nwad038. (*corresponding author)

论文2信息: HUANG Lu-liang*, LI Shu-feng, HUANG Wei-ye, JIN Jian-hua*, OSKOLSKI A. Alexei. 2023. Cryptocarya chinensis from the Upper Pleistocene of South China and its biogeographic and paleoecological implications. iScience, 26(8): 107313. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107313. (*corresponding authors)