成都生物所在快步麻蜥的谱系地理与亚洲内陆干旱化的关系研究获进展
来源:两栖爬行动物研究室
作者:刘金龙
时间:2018-11-14
亚洲内陆由中国西北、蒙古和中亚干旱区组成,是北半球最大、最广阔的中纬度干旱区,且不同于世界上分布于副热带高压控制下的干旱区。亚洲内陆干旱区的形成和演化是第三纪以来最重要的地质历史事件之一,被认为与青藏高原隆升、全球气候变冷、副特提斯海(Paratethys)退缩等密切相关,但一直以来缺乏大尺度动物数据支持。快步麻蜥(Eremias velox)作为广泛分布于亚洲内陆干旱区的温带荒漠适应物种,是探讨这一区域构造事件和气候变化对种群分化式样和群体历史动态影响的良好素材。
中国科学院成都生物研究所曾晓茂课题组博士研究生刘金龙在郭宪光副研究员的指导下,从动物分子谱系地理角度,揭示了亚洲内陆干旱区的干旱化过程对快步麻蜥的遗传分化和群体动态产生深远影响。该团队通过对快步麻蜥的现存分布区全面调查,以覆盖其分布区的107个群体共595号个体样本,利用2个线粒体基因(cyt b和12S rRNA)的序列变异式样,构建快步麻蜥的谱系结构,并模拟其群体动态历史和历史分布区变化。分子钟估算表明,大约在623万年(~6.23 Ma)以前,快步麻蜥在伊朗高原开始发生分化,对应于晚中新世末干旱化加剧,阿尔波兹山脉(Alborz Mountain)中西部的快速隆升(~6 Ma)。祖先分布区重建进一步支持快步麻蜥起源于伊朗高原,进而在晚上新世(~3.75 Ma)走出伊朗高原,伴随着副特斯海西退、中亚干旱荒漠化加强,快速扩散并占据中亚以及我国吐鲁番和准噶尔盆地。随后,科佩特山脉(Kopet-Dagh,~3-4 Ma)、东天山(~3 Ma)和高加索山脉(Greater Caucasus Mountain,~2Ma)的剧烈隆升,以及更新世以来的气候振荡触发快步麻蜥的渐进式分化,形成10个地理关联支系。高加索–中亚支系的分化发生在约2.05 Ma,与更新世全球气候变冷、北半球冰期逼近相吻合。特别有趣地是,里海(Caspian Sea)在第四纪反复的海进(transgression)可能塑造和维持了高加索–中亚支系间的分化以及中亚支系的内部分化。然而,生态位模拟和种群动态分析揭示,快步麻蜥种群对冰期的响应表现出支系特异性:高加索–中亚地区的支系VI(新发现的隐存支系)和支系X(指名亚种)在冰期种群收缩,其避难所分别在里海沿岸附近的东高加索山脉的山麓和伊犁河谷地区,符合GM收缩模型;而吐鲁番支系(支系V,东方亚种)在冰期种群增长,其分布区在吐鲁番盆地扩张,符合GM扩张模型,这可能与东方亚种能适应更干冷和多变的气候相关。
该项研究不仅成功梳理了晚中新世以来,亚洲内陆干旱化加剧对耐干旱动物进化历史的影响,还为理解生物对第四纪冷暖交替的支系特异性响应提供了一个新范例,为理解黑海–里海盆地发育与生物协同演化的动态历史提供了新的分子数据支持。
研究成果以Diversification and historical demography of the rapid racerunner (Eremias velox) in relation to geological history and Pleistocene climatic oscillations in arid Central Asia为题 发表于国际进化生物学期刊《Molecular Phylogenetics and Evolution》上。该研究得到了中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、科技部国际合作专项和国家重点研发计划专项的共同资助。
亚洲内陆干旱区快步麻蜥的分布格局和时空演化