在北京大學城市與環境學院教授王志恒的腦海中，始終縈繞著一幅畫面：西北戈壁，大漠黃沙，守林人一步一棵苗、一步一碗水，造就片片綠意，清晨的陽光穿梭過樹葉間，猛烈地灑在大地上，顯得壯觀且溫暖。

這幅畫面是王志恒兒時不經意間看到的一個場景，那是第一次，他對保護生態環境有了意識。

如今，王志恒看到了更大的“責任”——多個研究表明，我們的地球正經歷第六次生物多樣性大滅絕。他知道，要想保護生物多樣性，必須要先了解它們在何處分布，以及如何進化為今天的模樣。

(資料圖片僅供參考)

從博士期間，王志恒從整理中國的單一植物家譜出發，歷時20年，繪制了全球植物分布與進化歷史圖譜。

青藏高原的杜鵑花、澳大利亞的桉樹、南美洲的白菊......全球多樣化的山川形勝，王志恒如數家珍。5月30日，《自然—通訊》雜志在線發布了王志恒團隊的這一最新研究成果，他們以定量方法確立了全球植物地理區的劃分，并揭示了晚侏羅紀以來，植物地理區的演化歷史，評估了過去氣候和地質歷史對不同植物地理區之間植物區系分異的相對貢獻。

數據積累驅動圖譜更新

“生物多樣性危機是當前人類面臨的重大挑戰之一。通過生物地理分區，我們能夠更好地了解生物區系的進化歷史和趨勢，為生物多樣性保護和政策規劃提供基礎支撐。”王志恒告訴《中國科學報》。

植物區系是指一定時間和空間內所有植物的組合。植物區系區劃，則是按照物種組成將相似的區系合并，形成不同層次的植物地理區。

不同層次的植物地理區，反映著植物的演化及其對地質和氣候變化歷史的響應。

王志恒表示，對植物區系進行區劃，一方面可以為揭示物種多樣性分布格局的形成與維持機制提供明確的空間框架，另一方面也可為生物地理學、系統發育地理學、生物多樣性保護地規劃以及區域環境演變等研究提供基礎數據。

從19世紀初期開始，植物學家先驅們根據他們對植物區系特有性的理解，開展了一系列世界和區域性植物區系區劃的開創性工作。例如，現在目前最廣泛使用的植物區系區劃圖誕生于1986年，由蘇聯植物學家塔赫他間主導完成。

“這些經典植物地理區劃分多基于地區植物特有性，缺乏對地區內所有植物類群的全盤考慮。”王志恒說。

數十年來，隨著物種分布的變化、大數據的積累，越來越多的研究采用定量化的方法，研究基于物種間的系統發育關系，進行植物地理區劃分。

不過，現有研究多關注區域尺度或特定類群，仍然缺乏全球被子植物的定量植物地理區劃分方案，而關于植物地理區之間區系組成差異的驅動因素，如歷史時期氣候變化和板塊運動等過程也仍不清楚。

王志恒希望，在建立全球被子植物屬水平分布和系統發育樹的基礎上，對全球植物地理區進行重新劃分，并探討植物地理區之間區系分異的時空動態和驅動機制。

歷時20年的跨越

繪制全球植物地理區，非一日之寒。起初，王志恒也沒有想過要做全球尺度的植物多樣性格局研究。

2002年，王志恒讀博士時做的課題是木本植物在中國的分布，那時，他有一個初步的疑問：一個國家是行政單元，而非自然地理單元，這樣形成的結論在更大的空間尺度上是否具有一般性。

后來，他將地理范圍拓展到了整個東亞，研究東亞范圍內所有植物。再到如今，繪制全球尺度下的植物多樣性圖譜。

“在更大的地理和環境梯度下，能夠對我們先前提出的假說理論進行驗證，無論證實還是推翻，都是對植物多樣性更深入的認識。”王志恒說。

在他看來，最難的在于數據的整合與處理。數據一方面來自團隊野外調查，另一方面來自前人和積累與合作者的支持。

論文共同第一作者、四川大學生命科學學院副教授徐曉婷告訴《中國科學報》，此次研究，團隊開發了從公共基因數據庫中提取基因片段的新方法，獲取到超過10萬余物種的60多萬條基因序列。最終篩選出了8個葉綠體和1個核基因片段，建立了全球被子植物屬級系統發育樹。

同時，研究團隊還收集整理了主要國家和地區的植物分布資料，克服了多語言、多源數據融合等難點，建立了全球被子植物分布數據庫。

面對龐大的數據源，研究團隊花費2年多的時間處理分析。在高性能計算機上，一次分析至少3個月，中間稍有差錯，便要從頭再來。

在王志恒看來，這也是宏觀生態學的特點之一，基于宏觀尺度上的大數據分析，能幫助科研人員站得更高，更清楚地看清地球表面生物的分布規律，從而規劃并制定保護區的政策。

基于大數據，科研人員分析了不同地區間的系統發育生境間多樣性，然后利用層次聚類方法對全球被子植物進行了定量區系區劃。

論文第一作者、北京大學城市與環境學院博士劉云鵬介紹，研究將全球劃分為8個植物區，以及細分為16個植物亞區。與廣泛使用的塔赫他間植物地理區相比，該研究新提出了撒哈拉—阿拉伯區，將舊熱帶區劃分為了非洲區和印度—馬來區，將南極區劃分為了智利—巴塔哥尼亞區和新西蘭區，并將開普區并入了非洲區。

探索分區背后的演化奧秘

認識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。

科研人員重建了全球被子植物區的演化歷史，發現，當前的主要植物地理區在約6000萬年前的新生代早期就已經基本形成，不同植物地理區之間的區系差異整體上呈隨時間逐漸變大的趨勢。其中，非洲區和印度-馬來區在新生代經歷了融合并再次分離，最終在全新世后形成當前地理格局。與此對應地，非洲區和印度-馬來區的區系差異在古近紀差異較大，此后逐步縮小，但進入第四紀后又有增大趨勢。

為什么呈如此演化趨勢？

科研人員結合現代氣候以及白堊紀以來的板塊運動和氣候變化數據，確定了主導植物地理區間分異的植物類群。他們發現，比起歷史氣候的因素，板塊運動造成的地理隔離對植物地理區之間的分異貢獻更高。

這說明植物地理區間的區系差異，主要在于板塊運動影響，而對植物地理區內區系獨特性貢獻較大的分支大多起源于板塊運動劇烈的時期。

王志恒介紹，在地質歷史上地理隔離相對較弱的地區，如新熱帶區和智利—巴塔哥尼亞區，歷史氣候則占主要因素。現代氣候的空間差異對植物地理區分化沒有顯著影響。總的來說，該研究發現植物區系隨時間的演化，基本上反映了地質歷史過程對宏觀進化過程的塑造。

該研究得到了審稿人的高度評價：這是一項在全球尺度上開展的非常有影響力的工作，是對前人工作的重要更新，對大尺度生物多樣性研究具有重要影響，未來在生態保護、全球變化等領域的研究中有重要應用價值。

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全球植物地理區（受訪者供圖）