圖1 不同時(shí)期白令陸橋的地理格局（From Wen et al. 2016）。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂課題組2015年發(fā)表了“Amphibians crossing the Bering Land Bridge: Evidence from holarctic treefrogs (Hyla, Hylidae, Anura)”文章。研究利用雨蛙屬物種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和生物地理學(xué)研究，揭示了雨蛙屬物種起源于美洲大陸，通過(guò)白令陸橋的兩次擴(kuò)散事件擴(kuò)散到歐亞大陸。但白令陸橋的形成是否對(duì)其它生物類群的交流有類似的影響，生物擴(kuò)散的波動(dòng)模式是否與古氣候及環(huán)境波動(dòng)相關(guān)，這些科學(xué)問(wèn)題仍有待于深入研究。
為解決以上科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂課題組利用“白令陸橋作為生物擴(kuò)散通道”的大量前期研究，基于時(shí)間矯正的分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和DEC模擬的地理分布格局，整合分析了跨越白令陸橋的雙向擴(kuò)散事件，研究涉及了包括植物、脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物和真菌在內(nèi)的大量類群及其相應(yīng)的大量擴(kuò)散時(shí)間，包括6次兩棲動(dòng)物擴(kuò)散事件，10次爬行動(dòng)物擴(kuò)散事件，5次真菌擴(kuò)散事件，9次無(wú)脊椎動(dòng)物擴(kuò)散事件，5次哺乳動(dòng)物擴(kuò)散事件和57次植物擴(kuò)散事件開(kāi)展了深入的探索。結(jié)果表明了共61次從歐亞大陸向北美大陸和31次北美大陸向歐亞大陸的擴(kuò)散事件，揭示了歐亞大陸和北美大陸之間存在長(zhǎng)時(shí)間的不對(duì)稱量級(jí)的生物擴(kuò)散交流。
研究進(jìn)一步揭示了歐亞大陸和北美大陸之間隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模式。在從歐亞大陸到北美大陸的方向上，約65百萬(wàn)年前（Ma）以來(lái)的溫暖氣候使這一方向的物種擴(kuò)散事件不斷增加，在經(jīng)歷始新世-漸新世邊界（~35 Ma）的冰期氣候惡化事件時(shí)，擴(kuò)散事件增速急劇降低，之后氣候回暖，擴(kuò)散事件進(jìn)一步增加，直到約25 Ma達(dá)到峰值，之后的降溫事件以及東亞季風(fēng)氣候的形成，造成了擴(kuò)散事件的下降，雖然在中新世氣候平臺(tái)期（~20-15 Ma）有一次減緩，但總體下降趨勢(shì)不變。
在從北美大陸到歐亞大陸的方向上，擴(kuò)散事件數(shù)目在約65 Ma以來(lái)的溫暖氣候影響下不斷升高，經(jīng)歷約35 Ma的冰期氣候惡化事件時(shí)，干燥的林地草原廣泛分布于北美西部地區(qū)，由此導(dǎo)致的北美生物類群的更替解釋了這一時(shí)期擴(kuò)散事件的減少，直接造成了與歐亞大陸向北美大陸方向擴(kuò)散事件的整體差異。隨著氣候回暖，擴(kuò)散事件緩慢增加，在約15 Ma再次達(dá)到峰值，隨后降溫事件導(dǎo)致了總體的下降趨勢(shì)。
圖2 白令陸橋兩側(cè)大陸生物交換趨勢(shì)。（A）代表由歐亞大陸向北美大陸的擴(kuò)散事件；（B）代表由北美大陸向歐亞大陸的擴(kuò)散事件。
本研究進(jìn)一步揭示了歐亞大陸和北美大陸之間不同生物類群的擴(kuò)散事件具有不同的高峰期。由于在古新世和始新世早期，混合落葉闊葉林和常綠亞熱帶森林的北方熱帶植物區(qū)系帶廣泛分布于北半球，白令陸橋在這段時(shí)間是主要的擴(kuò)散通道，此時(shí)適應(yīng)溫暖環(huán)境的生物類群包括兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物和昆蟲(chóng)在這期間的擴(kuò)散事件中占主導(dǎo)地位，兩棲動(dòng)物的擴(kuò)散非常顯著。昆蟲(chóng)、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和真菌在兩大陸間的生物交換發(fā)生的時(shí)間（~40-25 Ma）比植物和哺乳動(dòng)物更早（~25-8 Ma）。
圖3 白令陸橋兩側(cè)大陸之間特定類群的生物交換趨勢(shì)。
在歐亞大陸和北美大陸地區(qū)不斷變化的環(huán)境條件，以及相關(guān)動(dòng)植物類群的系統(tǒng)發(fā)育多樣性，是歐亞大陸和北美大陸之間不對(duì)稱生物交換模式產(chǎn)生的主要原因。在整個(gè)新生代期間，從歐亞大陸到北美大陸的物種擴(kuò)散事件比北美大陸到歐亞大陸的物種擴(kuò)散事件普遍較多，這些不對(duì)稱性主要體現(xiàn)在始新世末期和中新世期間較寒冷的時(shí)間。
該研究成果以Asymmetric Biotic Interchange across the Bering Land Bridge between Eurasia and North America為題，已在國(guó)家科學(xué)評(píng)論National Science Review在線發(fā)表。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所的姜德純博士，法蘭克福大學(xué)Sebastian Klaus博士為論文的共同第一作者，李家堂研究員為論文的通訊作者。本研究得到中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目（B）和前沿局重點(diǎn)研究項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院西部之光及青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。