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    科普:存活上亿年的银杏为什么没有灭绝?

    2019-11-25 17:04:51   
    摘要 :我国东部的天目山保护区内一共有银杏大树254棵,对于它们是否为野生种群,学术界一直存在争议。有学者认为,由于天目山宗教活动历史悠久,这些银杏有可能是僧人引种的结果。该研究进一步表明,目前遍布全球的银杏

    银杏是世界上最古老的树种之一。它2.7亿年的漫长生命经历让人不禁要问:为什么它们在巨大的变化中幸存下来,并来到今天?未来的命运是什么?浙江大学、中国科学院植物研究所和华大遗传研究所的科学家通过五年的合作完成了银杏基因组的第一稿。在对全球545株银杏进行基因组测序后,建立了最大的银杏遗传数据库,为人类了解银杏的进化历史和潜力提供了重要信息。这篇论文发表在2019年9月13日的《自然通讯》上。

    孤独的活化石

    银杏在世界上广泛种植,是人类最喜爱的植物之一。孤独是银杏另一个鲜为人知的方面。"活着的银杏是古银杏家族中唯一幸存的成员."论文的第一作者、浙江大学生命科学学院副教授赵云鹏说。

    世界各地发现的化石表明,银杏曾在恐龙时代繁盛一时。当时,有许多不同属种的银杏“兄弟”,遍布南北半球,就像一个巨大的银杏科。一亿年前,开花植物开始迅速上升,银杏家族开始衰落,成员逐渐退出历史舞台。与现存银杏最接近的是银杏,它在5600万年前分离并独立,在地球上早已灭绝。

    银杏是裸子植物四科之一,在银杏类中,只剩下一种银杏。令人惊讶的是,它忠实地保留了上亿年前祖先的样子--扇形叶子,有凹口,有时分裂成两半--就像化石和现实中一样。正是因为这种独立和静态的风格,达尔文说它是植物王国的“鸭嘴兽”。它还有一个更流行的名字——“活化石”。

    关于银杏,一种“活化石”,还有两个问题没有解决。首先,世界上还有野生银杏种群吗?它在哪里?第二,银杏在进化过程中是否已经陷入“灭绝漩涡”?

    这三个“避难所”都在中国

    植物的“庇护所”是野生种群存在的先决条件。当世界经历极端气候时,特别是在冰河时期,物种将会消失并急剧减少。一些地形复杂的山谷可能成为剩余森林及其幸运物种的“避难所”。这里物种的踪迹会逐渐缩小。当气候变好的时候,他们会回到外面的世界。

    自20年前以来,寻找“避难所”一直是浙江大学植物系统进化研究小组的工作。在时任浙江大学科学院院长洪安德宇院士的建议下,研究小组组长傅程心教授将研究纳入了973个项目。中国东部天目山自然保护区有254棵银杏树。它们是否是野生种群在学术界一直存在争议。一些学者认为,由于天目山宗教活动的悠久历史,这些银杏可能是僧人引进的结果。

    “首先,我们从种群水平来判断它是否是野生的,而不是评估单个植物。其次,从外表来看,很难直接判断野生和栽培种群。”赵云鹏说,“但是基因不会说谎。通过遗传信息分析,我们可以根据基因多样性、稀有基因频率、遗传成分的来源和形成过程等信息,并结合野外调查结果,判断它们是否为野生动物。”

    本研究共从世界各地收集了545份具有代表性的银杏样品。所有树木的DBH都在50厘米以上(50厘米银杏的年龄约为100岁)。他们来自中国、韩国、日本、北美和欧洲。该样品覆盖了世界上几乎所有已知的银杏自然分布区和名树,是迄今为止银杏样品采集覆盖最广的地区合著者兼研究生尹萍萍说。

    通过群体遗传结构和动态历史模拟分析,研究小组确定了银杏的四个古老遗传成分存在于中国的三个“保护区”:东部(以浙江天目山为代表)、西南部(以贵州吴川和重庆金佛山为代表)和南部(以广东南雄和广西兴安为代表)。此外,分布在湖北大巴山和大红山的银杏是冰河时期形成的南部和西南部的混合种群。

    通信作者之一,浙江大学科学院的傅程心教授说,这些不同的“避难所”保存了现有银杏的不同“家族”。在更新世晚期(510,000至140,000年前)的许多冰川时期,不同避难所的种群分化,不同避难所特有的遗传成分的混合也在进行。

    研究进一步表明,分布在世界各地的银杏几乎全部来自以浙江天目山种群为代表的中国东部种群。银杏首先迁移到日本和韩国,然后从中国东部迁移到欧洲和美国,欧洲的银杏起源于中国赵云鹏说,在那之前,人们总是把欧洲的银杏误认为日本。“遗传组成分析告诉我们,欧洲现有的遗传组成更接近天目山的银杏,但与日本有很大不同。”

    著名植物学家彼得·克莱恩(Peter crane)曾在他的著作《银杏:一种被时间遗忘的树种》中亲切地将银杏描述为“中国送给世界的珍贵礼物”。今天,这句话有了更有力的科学证据。

    基因仍然“充满活力”

    著名古生物学家周志延院士曾说过,虽然世界上仍然存在银杏树,但它们实际上已经进入了进化的衰退期。他悲伤地说:“银杏的多样性日益减少,伴随着物种的减少和日益有限的分布面积。”

    真的是这样吗?在这项研究中,研究小组给出了一个乐观的答案。他们发现银杏在物种水平上保持了高水平的遗传变异。

    虽然现有的银杏科或银杏属物种多样性极低,但现有的银杏是一个具有足够适应潜力的物种,并未处于灭绝漩涡或进化的末期

    赵云鹏说,“更高水平的遗传变异和检测到的适应性基因,重复冰河时期造成的种群规模压缩和再次恢复,加上冰河时期和间冰期都有可能出现广阔的潜在分布区域,这意味着银杏在面临环境变化时有更多的应对‘方案’。我们相信银杏会继续进化,至少不会很快灭绝,它甚至可能卷土重来,重现前银杏家族的辉煌。”

    "然而,人类不能掉以轻心,因为一些新的危机正在出现."赵云鹏说,在他们的实地监测中,他们发现在许多野生银杏树周围,几乎没有天然更新的幼树和3年以上存活了10年的幼苗。“我们怀疑森林郁闭度相对较高,结实率和幼苗成活率下降。同时,松鼠等动物以银杏种子为食,进一步加剧了种子数量的减少,导致银杏的“断代”。这迫切需要人类再次伸出援助之手,给予精确和集中的保护。”赵云鹏说。

    另一个危机是大多数银杏野生种群不在自然保护区。生态环境的破坏和人类移植对银杏构成了严重威胁。

    除了科学,人类需要付出更多的智慧和爱来维持银杏的生存。

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