黎绍鹏教授团队《Nature Communications》上揭示全球尺度上达尔文归化谜团的纬度梯度格局

 外来物种正在以前所未有的速度不断迁入全球各种生态系统，并在新的地区建立稳定的种群，也就是归化种。这些归化种导致了全球生物区系趋于均质化。了解全球归化种的格局和机制一直是生态学难题。
        在《物种起源》中，达尔文提出，可以通过物种间的亲缘关系揭示归化机制。他描述了两个看似矛盾的假说，分别主张与本地种亲缘关系近或远的外来物种更容易成功归化，这两个假说被合称为达尔文归化谜团（Darwin’s naturalization conundrum）。近几十年来，该谜团已经成为研究热点，然而，目前相关研究的结论却不一致。更重要的是，以前研究大多关注于特定的国家或大洲，在全球范围内是否可以调和这两个假说尚不清楚。

近日，华东师范大学联合德国康斯坦茨大学等多个国家的研究团队，以全球开花植物为研究对象，基于219,520种本地植物和9,531种归化植物在全球487个地区的地理分布和系统发育信息，在全球尺度上探讨了外来归化种和本地种之间的亲缘关系的格局及其驱动因素。

▲图1 | 达尔文归化谜团纬度梯度格局的概念示意图。        

该研究基于零模型的分析方法，创新性地考虑了多种潜在的外来物种种库。在有效地控制了本地物种多样性、亲缘关系以及归化物种数量的影响后，首次揭示了达尔文归化谜团的全球纬度梯度格局，即本地种与归化种之间的亲缘关系随着纬度的增加而变得更近。也就是说，在高纬度地区，与本地种近缘的外来种更有可能成功归化。相反，在低纬度地区，与本地种远缘的外来种更有可能成功归化。此外，在各个大洲上均发现了类似的纬度梯度格局。

▲图2 | 本地种-归化种之间亲缘关系的纬度梯度格局。        

该研究进一步分析了本地种与归化种之间亲缘关系如何受气候和人类活动强度的影响。结果表明，温度及季节性是亲缘关系全球分布格局的主要驱动因素。在寒冷、干旱和季节性强的气候条件下，与本地种近缘的外来种更容易成功归化。这可能是因为，在恶劣的环境中，只有那些与本地物种适应相似环境的近缘外来种可以归化成功。相反，在温暖、湿润和气候相对稳定的热带等地区，近缘物种之间强烈的竞争作用会抑制近缘外来物种的归化。此外，结果表明，人类活动与纬度和气候之间有着显著的交互作用，人类对环境的改造会进一步加强亲缘关系随着纬度和温度变化的趋势，这可能是因为人类活动促进了原本无法适应的远缘外来物种的归化。

▲图3 | 气候和人类活动对本地种-归化种之间亲缘关系的影响。       

 这一研究调和了当前关于达尔文归化谜团研究的矛盾结论，揭示这一矛盾可能是由于不同研究所在地区的环境条件和人类活动强度的差异导致的，进而为解开这个长达160年的谜团提供了新的思路。

华东师范大学直博生范舒雅同学和德国生物多样性综合研究中心杨强博士后为该论文的共同第一作者，华东师范大学黎绍鹏教授为本文通讯作者，华东师范大学为论文第一完成单位。合作者包括德国Mark van Kleunen教授、波多黎各Trevor S. Fristoe教授和加拿大Marc W. Cadotte教授等研究人员。该研究受到国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、面上项目和中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。

• 原文链接：  https://doi.org/10.1038/s41467-023-41607-w