中科院西雙版納熱帶植物園研究員星耀武——
下“笨功夫”解讀植物演化密碼(自然之子)
41歲的中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員星耀武(見上圖,張秋月攝),和植物打交道已有19年。他每年都會拿出兩三個月時間蹲守高寒山區,從古植物化石入手、結合現代分子生物學技術,解讀植物演化密碼,讓我國的橫斷山區高寒植物演化研究達到國際領先水平。
跟著興趣,選擇了古植物
上大學時,星耀武本科專業選擇了農學,沒想到卻被植物研究吸引,來到中國科學院昆明植物研究所讀碩士,研究植物分類,主攻棕櫚藤科。
2006年,星耀武讀博時,有兩個路徑擺在他面前——一邊是熱門的分子植物學,技術前景廣闊﹔另一邊是相對“冷門”的古植物研究,主要和植物化石打交道。因為總想知道這麼多相似的物種從何而來、如何演化,他“跟著興趣,選擇了古植物”。
星耀武解釋,通過基因組學的方式固然可以估算植物分化的年代,但估算畢竟有偏差﹔古植物化石研究正好能有效校正偏差。同時,古植物化石又蘊含大量的古氣候、地理信息,可以更全面地分析、推斷植物演化機制。
要研究古植物,先要有研究材料——化石。但在動輒以百萬年為計算單位的地質年代中,古植物能否有化石保存下來、保存下來的化石能否被人發現,都存在不確定因素。更何況,星耀武讀博時,雲南新生代植物化石採集才起步不久,數量有限。
當時,為了找化石,一年下來,星耀武跑遍了雲南20多個化石點,採集了數千塊植物化石。跑礦區、採化石、編號、拍照,一塊又一塊的化石就像拼圖,結合雲南的地層信息,在星耀武的腦海中逐漸清晰。
星耀武的博士論文,研究對象之一是在昆明市尋甸回族彝族自治縣柯渡鎮發現的一塊鬆果化石。星耀武一眼就看出這個鬆果更像雲南南部思茅鬆的果實,而不是現在昆明地區廣布的雲南鬆的果實。“化石不大,但蘊含的科學問題不少:一來說明當時昆明地區的氣候類似現在的滇南,更溫暖濕潤﹔二來這一物種目前在昆明消失,同時消失的恐怕不止這一物種,很可能是多個植物類群﹔三是推動這一變化的原因,結合古氣候重建,我們分析認為是氣候演化特別是季風強度的變化。”星耀武說。
系統梳理古植物化石研究成果
得益於博士階段對古植物化石的研究,星耀武成功申請了瑞士蘇黎世大學的博士后項目。那時他在蘇黎世大學的課題組正在開展6500萬年以來全球被子植物演化的研究,星耀武需要完成全球古植物化石相關研究的梳理分析。
這一研究,星耀武整整做了三年——全世界近200年的2000多篇古植物化石論文、2000多個古植物化石分布點,被他整合進了一個新生代被子植物化石數據庫。
近年來的論文有電子版,可一兩百年前的論文需要去圖書館借閱。漢語、英語無障礙,日語、俄語、法語怎麼辦?“好在古植物學研究在全世界都是小眾學科,開展科研合作比較順暢,缺哪個點的信息、需要哪篇論文,都能找到相應國家的研究者,請他們協助提供。”星耀武說,文獻梳理、數據庫建設是笨功夫,卻讓自己全面系統梳理了近200年來古植物化石研究成果。
值得一提的是,當年星耀武完成的數據庫,現在成了全世界古植物研究的重要工具。這幾年,星耀武時不時會收到郵件,當年為他提供科研數據的研究者,也會來跟他詢問其他問題、共同開展科學研究。
了解星耀武的研究情況后,中國科學院西雙版納熱帶植物園邀請他擔任研究員。星耀武毫不猶豫選擇了回國:“高寒山區廣布的中國,在高寒植物研究領域還缺少相匹配的科研成果。”
聚焦橫斷山區,探究高寒植物演化
實際上,在高寒植物研究中,當時國際上最熱點地區是南美洲的安第斯山。“現在,橫斷山區也成了高寒植物演化研究的熱詞!”星耀武說。
2016年,34歲的星耀武回國組建團隊,重點研究橫斷山區高寒植物演化。不少近緣物種看起來很像,卻不容易區分。加上存在雜交現象,如果採集的材料不對,后面的基因組分析便無從談起。“對比不同區域的植物、看同一區域植物每年的變化,都能幫助我發現新的科學問題。”星耀武說。
通過選取橫斷山及其鄰近高寒生物區中多樣性較高的18個被子植物類群共計3798種植物,星耀武團隊整合地理分布區和生物區演化,建立起一個新的生物地理模型,並推斷橫斷山區是高寒物種起源和分化的搖籃——分子生物學証據表明,約3000萬年前,高寒植物就在橫斷山區起源﹔而七八百萬年前,伴隨橫斷山區經歷的一段快速隆升,橫斷山區植物加速分化,為如今的植物多樣性奠定了基礎。“以前我們說橫斷山區是北溫帶高寒植物分化中心,但具體什麼時候分化、分化機制如何,還缺少定量研究﹔我們的研究,定量地証明橫斷山區是高寒植物的起源中心。”星耀武說。
高寒植物對氣候變化尤其敏感。星耀武計劃,未來將進一步研究北半球山地植物演化,他說:“應對氣候變化,我們需要對植物有更多了解。”
《 人民日報 》( 2023年05月04日 10 版)
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