在北京大学城市与环境学院教授王志恒的脑海中，始终萦绕着一幅画面：西北戈壁，大漠黄沙，守林人一步一棵苗、一步一碗水，造就片片绿意，清晨的阳光穿梭过树叶间，猛烈地洒在大地上，显得壮观且温暖。
这幅画面是王志恒儿时不经意间看到的一个场景，那是第一次，他对保护生态环境有了意识。
如今，王志恒看到了更大的“责任”——多个研究表明，我们的地球正经历第六次生物多样性大灭绝。他知道，要想保护生物多样性，必须要先了解它们在何处分布，以及如何进化为今天的模样。
从博士期间，王志恒从整理明升官网的单一植物家谱出发，历时20年，绘制了全球植物分布与进化历史图谱。
青藏高原的杜鹃花、澳大利亚的桉树、南美洲的白菊......全球多样化的山川形胜，王志恒如数家珍。5月30日，《自然—通讯》杂志在线发布了王志恒团队的这一最新研究成果，他们以定量方法确立了全球植物地理区的划分，并揭示了晚侏罗纪以来，植物地理区的演化历史，评估了过去气候和地质历史对不同植物地理区之间植物区系分异的相对贡献。
数据积累驱动图谱更新
“生物多样性危机是当前人类面临的重大挑战之一。通过生物地理分区，我们能够更好地了解生物区系的进化历史和趋势，为生物多样性保护和政策规划提供基础支撑。”王志恒告诉《明升官网明升体育app报》。
植物区系是指一定时间和空间内所有植物的组合。植物区系区划，则是按照物种组成将相似的区系合并，形成不同层次的植物地理区。
不同层次的植物地理区，反映着植物的演化及其对地质和气候变化历史的响应。
王志恒表示，对植物区系进行区划，一方面可以为揭示物种多样性分布格局的形成与维持机制提供明确的空间框架，另一方面也可为生物地理学、系统发育地理学、生物多样性保护地规划以及区域环境演变等研究提供基础数据。
从19世纪初期开始，植物学家先驱们根据他们对植物区系特有性的理解，开展了一系列世界和区域性植物区系区划的开创性工作。例如，现在目前最广泛使用的植物区系区划图诞生于1986年，由苏联植物学家塔赫他间主导完成。
“这些经典植物地理区划分多基于地区植物特有性，缺乏对地区内所有植物类群的全盘考虑。”王志恒说。
数十年来，随着物种分布的变化、大数据的积累，越来越多的研究采用定量化的方法，研究基于物种间的系统发育关系，进行植物地理区划分。
不过，现有研究多关注区域尺度或特定类群，仍然缺乏全球被子植物的定量植物地理区划分方案，而关于植物地理区之间区系组成差异的驱动因素，如历史时期气候变化和板块运动等过程也仍不清楚。
王志恒希望，在建立全球被子植物属水平分布和系统发育树的基础上，对全球植物地理区进行重新划分，并探讨植物地理区之间区系分异的时空动态和驱动机制。
历时20年的跨越
绘制全球植物地理区，非一日之寒。起初，王志恒也没有想过要做全球尺度的植物多样性格局研究。
2002年，王志恒读博士时做的课题是木本植物在明升官网的分布，那时，他有一个初步的疑问：一个国家是行政单元，而非自然地理单元，这样形成的结论在更大的空间尺度上是否具有一般性。
后来，他将地理范围拓展到了整个东亚，研究东亚范围内所有植物。再到如今，绘制全球尺度下的植物多样性图谱。
“在更大的地理和环境梯度下，能够对我们先前提出的假说理论进行验证，无论证实还是推翻，都是对植物多样性更深入的认识。”王志恒说。
在他看来，最难的在于数据的整合与处理。数据一方面来自团队野外调查，另一方面来自前人和积累与合作者的支持。
论文共同第一作者、四川大学明升m88明升体育app学院副教授徐晓婷告诉《明升官网明升体育app报》，此次研究，团队开发了从公共基因数据库中提取基因片段的新方法，获取到超过10万余物种的60多万条基因序列。最终筛选出了8个叶绿体和1个核基因片段，建立了全球被子植物属级系统发育树。
同时，研究团队还收集整理了主要国家和地区的植物分布资料，克服了多语言、多源数据融合等难点，建立了全球被子植物分布数据库。
面对庞大的数据源，研究团队花费2年多的时间处理分析。在高性能计算机上，一次分析至少3个月，中间稍有差错，便要从头再来。
在王志恒看来，这也是宏观生态学的特点之一，基于宏观尺度上的大数据分析，能帮助科研人员站得更高，更清楚地看清地球表面生物的分布规律，从而规划并制定保护区的政策。
基于大数据，科研人员分析了不同地区间的系统发育生境间多样性，然后利用层次聚类方法对全球被子植物进行了定量区系区划。
论文第一作者、北京大学城市与环境学院博士刘云鹏介绍，研究将全球划分为8个植物区，以及细分为16个植物亚区。与广泛使用的塔赫他间植物地理区相比，该研究新提出了撒哈拉—阿拉伯区，将旧热带区划分为了非洲区和印度—马来区，将南极区划分为了智利—巴塔哥尼亚区和新西兰区，并将开普区并入了非洲区。
探索分区背后的演化奥秘
认识全球植物分布格局是第一步，更重要的是揭示其背后的形成原因。
科研人员重建了全球被子植物区的演化历史，发现，当前的主要植物地理区在约6000万年前的新生代早期就已经基本形成，不同植物地理区之间的区系差异整体上呈随时间逐渐变大的趋势。其中，非洲区和印度-马来区在新生代经历了融合并再次分离，最终在全新世后形成当前地理格局。与此对应地，非洲区和印度-马来区的区系差异在古近纪差异较大，此后逐步缩小，但进入第四纪后又有增大趋势。
为什么呈如此演化趋势？
科研人员结合现代气候以及白垩纪以来的板块运动和气候变化数据，确定了主导植物地理区间分异的植物类群。他们发现，比起历史气候的因素，板块运动造成的地理隔离对植物地理区之间的分异贡献更高。
这说明植物地理区间的区系差异，主要在于板块运动影响，而对植物地理区内区系独特性贡献较大的分支大多起源于板块运动剧烈的时期。
王志恒介绍，在地质历史上地理隔离相对较弱的地区，如新热带区和智利—巴塔哥尼亚区，历史气候则占主要因素。现代气候的空间差异对植物地理区分化没有显著影响。总的来说，该研究发现植物区系随时间的演化，基本上反映了地质历史过程对宏观进化过程的塑造。
该研究得到了审稿人的高度评价：这是一项在全球尺度上开展的非常有影响力的工作，是对前人工作的重要更新，对大尺度生物多样性研究具有重要影响，未来在生态保护、全球变化等领域的研究中有重要应用价值。
相关论文信息：
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全球植物地理区（受访者供图）
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