存活了上億年的銀杏為什么沒有滅絕？未來命運(yùn)又會(huì)怎樣?

銀杏是世界上現(xiàn)存最古老的樹種之一，其2.7億年的漫長身世讓人不禁好奇：它們何以挺過滄桑巨變走到今天?未來命運(yùn)又會(huì)怎樣?浙江大學(xué)、中國科學(xué)院植物研究所和華大基因研究院的科學(xué)家通過5年的通力合作，在完成銀杏首個(gè)基因組草圖后，對(duì)全球545棵銀杏大樹進(jìn)行基因組重測(cè)序，構(gòu)建起迄今最大的銀杏遺傳數(shù)據(jù)庫，為人類認(rèn)識(shí)銀杏的進(jìn)化歷史與進(jìn)化潛力提供了重要信息。相關(guān)論文于2019年9月13日在Nature Communications雜志發(fā)表。

孤獨(dú)的活化石

銀杏在全球廣泛種植，可謂最受人類喜愛的植物之一，而孤獨(dú)是它鮮為人知的另一面。“現(xiàn)生銀杏是古老的銀杏家族唯一幸存的成員。”論文第一作者、浙大生命科學(xué)學(xué)院副教授趙云鵬說。

世界各地發(fā)現(xiàn)的化石表明，銀杏類曾在恐龍時(shí)代盛極一時(shí)，那時(shí)，不同屬、不同種的銀杏“兄弟”類目繁多、遍布南北半球，儼然一個(gè)龐大的銀杏家族。一億年前，有花植物開始快速崛起，銀杏家族走向衰落，成員們陸續(xù)退出歷史舞臺(tái)。與現(xiàn)存銀杏親緣關(guān)系最近的是克恩銀杏，它分化獨(dú)立于5600萬年前，也早已經(jīng)在地球上絕跡了。

在裸子植物四大家族之一的“銀杏綱”里，如今只留下孤零零“銀杏”一個(gè)種。神奇的是，它忠實(shí)保留著億萬年前祖先的模樣——扇形帶凹缺的葉片，有時(shí)深裂為二——化石里如此，現(xiàn)實(shí)中也是如此。正是因?yàn)檫@種遺世獨(dú)立、形態(tài)“靜滯”的風(fēng)范，達(dá)爾文說它是植物王國的“鴨嘴獸”。它還有個(gè)更為通俗的名號(hào)——“活化石”。

關(guān)于銀杏這種“活化石”，有兩個(gè)問題一直懸而未決：第一，世界上是否還存在野生銀杏種群?在哪里?第二，銀杏在進(jìn)化上是否已經(jīng)陷入“滅絕旋渦”?

三個(gè)“避難所”都在中國

植物“避難所”是野生種群存在的前提。在全球經(jīng)歷極端氣候特別是冰川期時(shí)，物種大幅滅絕衰退，一些地貌復(fù)雜的山谷可能會(huì)成為殘存森林及其幸運(yùn)物種的“避難所”，物種的蹤跡逐漸收縮到這里，等氣候轉(zhuǎn)好，它們又會(huì)重新向外面的天地生發(fā)。

尋找“避難所”種群，成為浙大植物系統(tǒng)進(jìn)化研究團(tuán)隊(duì)20年前就開始的工作。在時(shí)任浙大生科院院長的洪德元院士提議下，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人傅承新教授把這項(xiàng)研究納入了973課題。我國東部的天目山保護(hù)區(qū)內(nèi)一共有銀杏大樹254棵，對(duì)于它們是否為野生種群，學(xué)術(shù)界一直存在爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為，由于天目山宗教活動(dòng)歷史悠久，這些銀杏有可能是僧人引種的結(jié)果。

“首先，我們是從種群水平判斷是否野生，而不是評(píng)價(jià)單個(gè)植株。其次，從外形看，野生與人工栽培的種群難以直接判斷。”趙云鵬說，“但是基因不會(huì)說謊，通過遺傳信息分析，我們可以根據(jù)基因多樣性、稀有基因的頻率、遺傳成分的起源和形成過程等信息，結(jié)合野外調(diào)查結(jié)果，來判斷是否野生。”

研究一共從全球搜集到545個(gè)代表性銀杏樣本，樹木胸徑都在50厘米以上(50厘米的銀杏樹齡大約100歲)，它們分別來自中國、韓國、日本、北美洲和歐洲。“樣品幾乎覆蓋了全球銀杏所有已知的自然分布范圍和著名大樹，是迄今為止銀杏樣品采集覆蓋范圍最廣的。”共同第一作者、研究生殷平平說。

通過種群遺傳結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)歷史模擬分析，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出銀杏的4個(gè)古老遺傳成分存在于中國的3個(gè)“避難所”：東部(浙江天目山為代表)、西南(貴州務(wù)川、重慶金佛山為代表)以及南部(廣東南雄、廣西興安為代表)。此外，大巴山脈和湖北大洪山區(qū)分布的銀杏是南部和西南部種群在冰期形成的混合種群。

通訊作者之一、浙大生科院傅承新教授說，這些不同的“避難所”，保留了現(xiàn)存銀杏的不同“家系”。在更新世晚期(51萬至14萬年前)的多次冰期中，不同避難所的種群之間產(chǎn)生了分化，不同避難所特有遺傳成分的混合也在進(jìn)行。

該研究進(jìn)一步表明，目前遍布全球的銀杏幾乎均源自以浙江天目山種群為代表的中國東部種群。“銀杏是先遷移到日本和韓國，再從中國東部遷移到歐美，而且歐洲的銀杏源自中國。” 趙云鵬介紹，在此之前，人們一直誤以為歐洲的銀杏是日本遷移而至。“遺傳成分分析告訴我們，歐洲現(xiàn)存的遺傳成分更接近于天目山銀杏，而與日本的銀杏差異較大。”

著名植物學(xué)家彼得·克蘭曾在《銀杏：被時(shí)間遺忘的樹種》一書中深情地描述銀杏“是中國送給世界的珍貴禮物”。今天，這句話有了更有力的科學(xué)證據(jù)。

基因仍然“元?dú)鉂M滿”

著名古生物學(xué)家周志炎院士曾表示，雖然銀杏樹依然存活于世，但實(shí)際上已進(jìn)入演化的衰落期。他無不傷感地說：“銀杏屬內(nèi)的多樣性已日趨減少，與之相隨的現(xiàn)象是物種的凋零和分布地域的日趨局限。”

事實(shí)是否真是如此?在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)給出了樂觀的答案。他們發(fā)現(xiàn)，銀杏在物種水平維持了較高水平的遺傳變異。

“雖然就銀杏科或銀杏屬而言，現(xiàn)存物種多樣性極低，但現(xiàn)存銀杏是具有足夠適應(yīng)潛力的物種，并非處于滅絕旋渦或進(jìn)化末端。”

趙云鵬說，“較高水平的遺傳變異及檢測(cè)到的適應(yīng)性基因，多次遭遇冰期導(dǎo)致種群規(guī)模壓縮后又重新恢復(fù)，再加上在冰期和間冰期可能都存在較廣的潛在分布區(qū)，意味著銀杏在面臨環(huán)境變異時(shí)，有較多的應(yīng)對(duì)‘方案’。我們相信，銀杏還在繼續(xù)進(jìn)化，至少不至于很快滅絕，甚至有可能東山再起，重現(xiàn)昔日銀杏家族的榮光。”

“但，人類還不能因此掉以輕心，因?yàn)橐恍┬碌奈C(jī)正在出現(xiàn)。”趙云鵬說，他們?cè)谝巴獗O(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，許多野生的銀杏大樹周邊，已經(jīng)10年幾乎沒見天然更新的幼樹和超過3年的成活幼苗。“我們猜測(cè)，可能是森林郁閉度較高，結(jié)實(shí)率和幼苗成活率下降;同時(shí)，松鼠等動(dòng)物取食銀杏種子，進(jìn)一步加劇了種子量的減少，而造成銀杏的‘斷代’。這急需人類再次伸出援手，給予精準(zhǔn)重點(diǎn)保護(hù)。”趙云鵬說。

另一個(gè)危機(jī)是，大多數(shù)銀杏的野生種群不在自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，生態(tài)環(huán)境破壞、人類移栽對(duì)銀杏造成了嚴(yán)重的威脅。

要讓銀杏生生不息，除了科學(xué)，人類還需要付出更多的智慧與愛。(文/周煒 來源/求是風(fēng)采)

關(guān)鍵詞： 銀杏存活上億年