欧亚大陆六种广布鸟类比较谱系生物地理学研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:coolwater_3
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第四纪冰期旋回与气候变化被认为是形成现有鸟类谱系地理格局最重要的因素。欧亚大陆地域宽广,地形多样,气候环境复杂。由于不同地域在第四纪冰期时的气候波动强度不同,可能对鸟类种群遗传格局上产生不同的影响。现有的鸟类谱系生物地理学研究多偏重于欧洲地区,对欧亚大陆广布种类的遗传格局比较及形成机制研究涉及较少。本论文基于不同地理尺度对六种欧亚大陆广布的雀形目鸟类进行了比较研究,希望能更加深入地了解欧亚地区鸟类谱系格局规律,及不同的地质历史对这些鸟类谱系地理格局的影响。  我们首先应用DNA条形码技术对鸦科鸟类进行系统发育分析及遗传距离比较;基于该结果选取喜鹊(Pica pica)和灰喜鹊(Cyanopica cyanus)为代表种类,对其东亚和伊比利亚半岛种群的谱系格局进行了初步研究;随后对喜鹊,大山雀(Parus major)及沼泽山雀(Poecile palustris)的欧亚大陆整体格局进行了比较研究;最后以沼泽山雀、褐头山雀(Poecile montanus)及银喉长尾山雀(Aegithaloscaudatus)为对象,对三种鸟类东北亚地区种群的谱系分化模式进行了重点探讨。我们结合线粒体基因和多个核基因标记进行了种群遗传格局分析,并对种群分化时间和历史动态进行了估算和重建。研究得到以下主要结果:  1、DNA条形码技术对鸦科40个种的分析结果显示,通过COl序列对90%的物种可以成功鉴别。遗传距离比较显示,星鸦、喜鹊、秃鼻乌鸦及松鸦呈现一致性的欧洲种群与中国种群的分化,且种群间遗传距离均大于2%(姐妹种平均距离),呈现出长期分化格局。  2、喜鹊和灰喜鹊的比较研究结果显示,两种鸟类的西班牙种群与东亚种群间均在在第三纪晚期/第四纪早期发生了谱系分化;灰喜鹊的东亚种群在更新世中期又发生了东北种群与华北种群间的二次分化。喜鹊的东亚种群扩张时间为0.10 MYA,灰喜鹊的东北和华北谱系扩张时间分别为0.05 MYA和0.04 MA。在东亚支系内部,生态位较为狭窄的灰喜鹊体现出种群间相对隔离的格局,而适应能力更强的喜鹊则体现出没有分化的单一遗传格局。  3、喜鹊、大山雀和沼泽山雀欧亚大陆种群的比较研究结果显示,三种鸟类均呈现出欧亚大陆北部种群与亚洲东部种群间的深度谱系分歧,分化时间在第三纪晚期/第四纪早期。种群动态重建结果显示,三个物种各支系内种群扩张时间在0.03-0.13 MYA,与欧亚大陆北部分支相比,亚洲东部、南部的分支经历了更长的种群历史或更早的种群扩张。  4、沼泽山雀、褐头山雀及银喉长尾山雀均显示出东北地区和华北地区种群间的谱系分歧,沼泽山雀的分化时间在更新世早期,而褐头山雀和银喉长尾山雀谱系分化时间为更新世中期。三种鸟类的东北和华北支系均经历了种群扩张,时间为0.05-0.12 MYA。沼泽山雀、褐头山雀及银喉长尾山雀东北支系最近共同祖先时间分别为0.11 MYA,0.08 MYA和0.15 MYA,华北支系最近共同祖先时间分别为0.17 MYA,0.23 MYA和0.29 MYA。偏好高山针叶林的褐头山雀隔离种群间具有高度隔离,而偏好阔叶林和灌木林的沼泽山雀和银喉长尾山雀则呈现出核基因的不完全分化格局,且在北京地区探测到不同分支种群之间的二次接触。  以上结果表明:(1) DNA条形码技术在鸦科鸟类中具有很高的物种鉴别率,尽管在解决系统发育关系时有一定的局限性,但仍可以为谱系生物学研究提供参考。(2)欧亚大陆广布鸟类可能存在一致性的谱系格局,即东亚地区种群与欧亚大陆北部种群间在更新世早期发生了谱系分化;两个支系经历了长期、独立的演化。我们推测,除了冰期引起的气候变化影响之外,更新世早期青藏高原隆起而导致的中亚及蒙新干旱区持续扩张,不适宜的栖息地可能阻隔了两侧种群的基因交流,并最终导致了欧亚大陆广布物种种群内部发生以干旱区为界的同步分化。相较于冰期,干旱区的隔离可能对物种谱系分化起到了更为持续性的影响。(3)六种鸟类在干旱区东部边缘的谱系分化有两种地理格局,以兴安岭为界的谱系分化和以黄土高原-渤海湾分界的模式。华北东北部地区的植被连接带因邻接不同的生态亚区可能成为先前分化谱系的二次接触地带。(4)在所研究的物种中,欧亚大陆北部支系均体现出较强的近期瓶颈效应,而东亚支系则显示出相对较长的种群历史。欧亚大陆北方地区受到冰期影响严重,而中国中部和南方地区则相对稳定,不同地域的冰期气候波动强度的差异可能是导致种群历史动态不同的主要原因。(5)地质历史事件可能在同域分布的物种中留下一致性的印迹,但不同物种也因其自身的生物学特性而呈现出各自独特的谱系遗传格局。  
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