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導(dǎo)讀 近日，北京大學(xué)宏觀生態(tài)學(xué)課題組在Global Ecology and Biogeography發(fā)表了題為“Spatio-temporal patterns in the woodiness of flowering plants”的研究論文，揭示了全球木本與草本被子植物物種數(shù)比例的地理格局和全球木本比例在時間上的變化。王志恒教授為文章的通訊作者，博士研究生羅奧是文章的第一作者。 、
研究背景 現(xiàn)存植物中90%以上的物種為被子植物。其他植物類群多由單一生活型主導(dǎo)，如現(xiàn)存裸子植物全部為木本植物，而被子植物中同時存在大量的草本與木本植物。草木本生活型的多樣性格局、演化歷史及其對氣候的響應(yīng)均有不同。然而受限于有限的生活型數(shù)據(jù)和分布數(shù)數(shù)據(jù)，目前對被子植物草木本物種構(gòu)成的時空間格局認(rèn)識仍不全面。本文旨在揭示被子植物木本比例的全球時空格局，同時探究其驅(qū)動因素。 研究方法 該研究利用30余萬種被子植物的生活型及地理分布數(shù)據(jù)繪制了全球被子植物木本比例的地理格局。此外，結(jié)合全球被子植物的生活型與系統(tǒng)發(fā)育樹重建了現(xiàn)存物種的祖先生活型，并展示了新生代以來全球木本比例的變化。同時，我們也分別評估了被子植物木本比例的空間格局與當(dāng)前氣候的關(guān)系，以及時間格局與古氣候之間的關(guān)系。 主要內(nèi)容 我們發(fā)現(xiàn)全球約42.7%的被子植物是木本植物。在空間上，木本比例從赤道向兩極逐漸減少，呈現(xiàn)出明顯的緯度格局（圖1a）。冬季低溫是木本比例在空間上變化的主導(dǎo)因子，同時兩者呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系（圖1c）。在時間上，自新生代以木本比例約在古新世－始新世極熱事件發(fā)生前后達(dá)到最高，其后整體呈下降的趨勢（圖1b）。木本比例在時間上的變化同樣與溫度呈現(xiàn)了顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖1d）。
圖1 全球被子植物木本比例的時空格局。（a）全球被子植物木本比例空間格局,（b）全球被子植物木本比例時間格局,（c,d）全球被子植物木本比例時空格局與溫度的關(guān)系。 在演化歷史上，草木本生活型之間頻繁發(fā)生轉(zhuǎn)化。草本植物向木本植物轉(zhuǎn)變的相對比例在時間上呈上升趨勢，而從木本向草本植物轉(zhuǎn)化的相對比例下降。在中新世早期，由草本向木本轉(zhuǎn)化的頻率超過由木本向草本轉(zhuǎn)化的頻率（圖2）。這種轉(zhuǎn)變趨勢的變化對全球木本比例在時間上的變化影響較小，但在空間上對干旱地區(qū)物種組成產(chǎn)生了重要影響（圖3）。具體來說，溫帶干旱區(qū)，也就是中亞干旱區(qū)有較大比例的木本植物是在中新世以來才由草本植物轉(zhuǎn)化而來，而這一時期也是中亞干旱區(qū)形成與擴(kuò)張的重要時期。熱帶和亞熱帶旱地也有比較高比例的草本植物是在中新世以后由木本植物轉(zhuǎn)化而來，但比例遠(yuǎn)不及草本轉(zhuǎn)木本植物在溫帶干旱區(qū)的比例。
圖2 新生代以來草木本生活型間的轉(zhuǎn)化。（a）轉(zhuǎn)化事件比例隨時間的變化,（b）轉(zhuǎn)化分支的比例隨時間的變化,（c）現(xiàn)存物種在各時期發(fā)生轉(zhuǎn)化獲得當(dāng)前生活型的比例。
圖3新生代以來各時期發(fā)生生活型轉(zhuǎn)化獲得當(dāng)前生活型的物種所占比例的空間格局。W、H分別指木本植物與草本植物，WtoH指在對應(yīng)時期由木本轉(zhuǎn)化而來的草本植物，HtoW指由草本轉(zhuǎn)化而來的木本植物 我們的研究加深了對被子植物木本比例在時空間格局的認(rèn)識。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度可能是被子植物木本比例時空變化的主導(dǎo)因素，并表明氣候除了對物種數(shù)量本身的作用之外也可能對物種組成例如生活型組成方面起重要作用。此外，我們的研究還呼吁關(guān)注以往被忽視的干旱區(qū)物種的生活型轉(zhuǎn)化。 |
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