討厭的冰川和不同的地理環境迫使北半球針葉樹更快進化

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北半球和南半球的針葉樹:加利福尼亞的黃松(我一直以來的最愛,以及一些較小的雲杉和冷杉)和巴西的巴西松。M. Simmonson,美國林務局;維基使用者 Mariense。兩張圖片均為公共領域。

在過去的 6500 萬年裡,南半球的針葉樹物種過得很輕鬆——尤其是與它們飽經風霜的北方親戚相比。

與南半球的同類不同,南半球的同類所在的北方漂流大陸繼續擁有穩定的棲息地,條件舒適,如地中海俱樂部般,類似於這些針葉樹進化的環境,而北半球的針葉樹物種則被迫應對更冷、更乾燥、更具季節性的條件,同時與脈動的冰川進行緯度倫巴舞。


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結果,北方新物種取代舊物種的頻率更高,北半球針葉樹物種的平均年齡比南半球年輕數百萬年,根據十月份發表在 PNAS 上的一篇論文

在這項由耶魯大學、猶他州立大學和哈佛大學阿諾德植物園的科學家進行的研究中,科學家們比較了這些樹木的基因序列,構建了一個系統發育樹或家譜樹,顯示了每個物種的大概進化時間。他們將其與針葉樹化石記錄進行了比較,這有助於我們瞭解某些植物特徵進化的實際日期,並且化石記錄相對豐富,因為堅硬的植物部分儲存完好。

他們發現北半球針葉樹的發散時間比南半球的針葉樹更近。北半球群體的中值“節點年齡”或群體發散年齡為 520 萬年,而南方群體的中值“節點年齡”為 870 萬年。大多數北半球物種是在過去五百萬年內進化而來的,許多群體的中值節點年齡約為 350 萬年前。未發現物種年齡較小的針葉樹群體與緯度或特定棲息地相關。相反,半球關聯性最強。

為什麼?

在大部分中生代或恐龍時代,現代針葉樹的主要譜系大多是在這個時代進化的,當時的氣候大多溫暖潮溼。在導致那個時代結束的隕石撞擊之後,北半球的氣候變得更加寒冷和乾燥。僅此一點就可能有利於更能耐受新條件的物種的進化。

與此同時,南半球的大陸正向北漂移向赤道。由於地理上的偶然性,它們的大部分陸地並沒有位於靠近極地的冰川帶(南極洲是明顯的例外),許多溫暖潮溼的森林(南半球針葉樹在其中進化)甚至持續到了今天。

過去 5.42 億年(自寒武紀生命大爆發以來)地球上的相對溫度。(地球有 45 億年的歷史)。知識共享 Gary Fergus。單擊影像以獲取許可證和連結。從原圖修改(剪下),以便您仍然可以閱讀此內容。

與此同時,大約在 260 萬年前,地球陷入了由地球傾斜和軌道引起的冰期和短暫的間冰期迴圈的精神分裂症(著名的米蘭科維奇迴圈)。我們目前正處於科學家稱之為“間冰期”的短暫的間冰期之一。上次冰期持續了約 11 萬年,大約在 1 萬年前結束;文明在 5 千年前進化而來。如果我們設法在當前與二氧化碳引起的變暖的膽小鬼遊戲中倖存下來,我們將在可能 1 萬到 5 萬年後迎來另一次 10 萬年的大寒潮。一次解決一個問題。

除了氣候變化的不同之外,兩個半球地理環境的重大差異也導致了這兩個半球針葉樹進化的差異。您可以在以下兩張圖中看到這些差異,圖中以灰色顯示了上次冰期期間冰川的最大範圍。

這是北半球

上次冰河時代期間北半球冰川的最大範圍。請注意亞洲和北美之間突出的陸橋。那是大多數美洲原住民用來到達北美的陸橋。另請注意,包括紐約和波士頓在內的整個西藏和東海岸一半都在冰下。長島和科德角是這些冰川的終磧。令人驚訝的是,請注意阿拉斯加和西伯利亞的大部分地區 *沒有* 冰川覆蓋。知識共享 Hannes Grobe/AWI。單擊影像以獲取許可證和連結。

這是南半球

上次冰河時代期間南半球冰川的最大範圍。除了智利尖端和紐西蘭部分地區外,在已經寒冷的南極洲以外,沒有發生太多的冰川活動。知識共享 Hannes Grobe/AWI。單擊影像以獲取許可證和連結。

正如您所看到的,生活在加拿大的針葉樹需要長途跋涉才能擺脫困境。這些樹木反覆的南北移動——以及隨之而來的範圍擴張和收縮——以應對蔓延的冰川,可能導致樹木種群被隔離在山谷或其他與其同類分離的區域。

這種隔離是進化的經典孵化器。最著名的例子見於島嶼上,在那裡,與大陸隔離的種群可以在相對較短的時間內以全新的方式進化。此外,北半球的許多針葉樹居住在山脈中,那裡海拔高度的急劇差異也選擇了更多生活在水平方向接近(但不一定在海拔高度上)的物種。

與此同時,南半球的樹木*隨著它們的大陸向北漂移到瑪格麗塔維爾,通常生活在受海洋調節的氣候中,並且由於陸地 Chance 的排列,基本上不在冰川的路徑上。雖然南半球在過去 6500 萬年裡也經歷了向更開放、乾燥環境的氣候變化(參見澳大利亞大陸),但支援較古老針葉樹譜系的溫帶雨林和闊葉常綠林在那裡比北半球更常見地持續存在。

地理環境,而不僅僅是氣候變化,會對同一星球不同半球的進化軌跡產生重大影響,這是一個非常有趣的發現。現在各種冰川似乎都成為了瀕危物種,南北半球的針葉樹可能都將面臨再次進化的壓力,儘管半球之間的地理差異是否會影響它們未來的進化,這隻能由任何人來猜測。

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* 在北方,松樹、冷杉、雲杉、落葉松、鐵杉、冷杉、杜松和柏樹是從兩個主要群體進化而來的:柏科(Cupressaceae——杜松和柏樹)和松科(Pinaceae——其他所有)。

南方針葉樹屬於南洋杉科羅漢松科以及柏科內的 Callitroideae 亞科。它們是南極植物區系的成員,我在這裡討論過——這些植物進化於以前的南方超級大陸岡瓦納大陸,岡瓦納大陸分裂形成了孕育南方半球針葉樹的大陸。



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