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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(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園研究員星耀武(見(jiàn)上圖,張秋月攝),和植物打交道已有19年。他每年都會(huì)拿出兩三個(gè)月時(shí)間蹲守高寒山區(qū),從古植物化石入手、結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),解讀植物演化密碼,讓我國(guó)的橫斷山區(qū)高寒植物演化研究達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
跟著興趣,選擇了古植物
上大學(xué)時(shí),星耀武本科專(zhuān)業(yè)選擇了農(nóng)學(xué),沒(méi)想到卻被植物研究吸引,來(lái)到中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所讀碩士,研究植物分類(lèi),主攻棕櫚藤科。
2006年,星耀武讀博時(shí),有兩個(gè)路徑擺在他面前——一邊是熱門(mén)的分子植物學(xué),技術(shù)前景廣闊;另一邊是相對(duì)“冷門(mén)”的古植物研究,主要和植物化石打交道。因?yàn)榭傁胫肋@么多相似的物種從何而來(lái)、如何演化,他“跟著興趣,選擇了古植物”。
星耀武解釋?zhuān)ㄟ^(guò)基因組學(xué)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(shí),古植物化石又蘊(yùn)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(jī)制。
要研究古植物,先要有研究材料——化石。但在動(dòng)輒以百萬(wàn)年為計(jì)算單位的地質(zhì)年代中,古植物能否有化石保存下來(lái)、保存下來(lái)的化石能否被人發(fā)現(xiàn),都存在不確定因素。更何況,星耀武讀博時(shí),云南新生代植物化石采集才起步不久,數(shù)量有限。
當(dāng)時(shí),為了找化石,一年下來(lái),星耀武跑遍了云南20多個(gè)化石點(diǎn),采集了數(shù)千塊植物化石。跑礦區(qū)、采化石、編號(hào)、拍照,一塊又一塊的化石就像拼圖,結(jié)合云南的地層信息,在星耀武的腦海中逐漸清晰。
星耀武的博士論文,研究對(duì)象之一是在昆明市尋甸回族彝族自治縣柯渡鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)的一塊松果化石。星耀武一眼就看出這個(gè)松果更像云南南部思茅松的果實(shí),而不是現(xiàn)在昆明地區(qū)廣布的云南松的果實(shí)!盎淮,但蘊(yùn)含的科學(xué)問(wèn)題不少:一來(lái)說(shuō)明當(dāng)時(shí)昆明地區(qū)的氣候類(lèi)似現(xiàn)在的滇南,更溫暖濕潤(rùn);二來(lái)這一物種目前在昆明消失,同時(shí)消失的恐怕不止這一物種,很可能是多個(gè)植物類(lèi)群;三是推動(dòng)這一變化的原因,結(jié)合古氣候重建,我們分析認(rèn)為是氣候演化特別是季風(fēng)強(qiáng)度的變化。”星耀武說(shuō)。
系統(tǒng)梳理古植物化石研究成果
得益于博士階段對(duì)古植物化石的研究,星耀武成功申請(qǐng)了瑞士蘇黎世大學(xué)的博士后項(xiàng)目。那時(shí)他在蘇黎世大學(xué)的課題組正在開(kāi)展6500萬(wàn)年以來(lái)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(guān)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(gè)古植物化石分布點(diǎn),被他整合進(jìn)了一個(gè)新生代被子植物化石數(shù)據(jù)庫(kù)。
近年來(lái)的論文有電子版,可一兩百年前的論文需要去圖書(shū)館借閱。漢語(yǔ)、英語(yǔ)無(wú)障礙,日語(yǔ)、俄語(yǔ)、法語(yǔ)怎么辦?“好在古植物學(xué)研究在全世界都是小眾學(xué)科,開(kāi)展科研合作比較順暢,缺哪個(gè)點(diǎn)的信息、需要哪篇論文,都能找到相應(yīng)國(guó)家的研究者,請(qǐng)他們協(xié)助提供!毙且湔f(shuō),文獻(xiàn)梳理、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)是笨功夫,卻讓自己全面系統(tǒng)梳理了近200年來(lái)古植物化石研究成果。
值得一提的是,當(dāng)年星耀武完成的數(shù)據(jù)庫(kù),現(xiàn)在成了全世界古植物研究的重要工具。這幾年,星耀武時(shí)不時(shí)會(huì)收到郵件,當(dāng)年為他提供科研數(shù)據(jù)的研究者,也會(huì)來(lái)跟他詢(xún)問(wèn)其他問(wèn)題、共同開(kāi)展科學(xué)研究。
了解星耀武的研究情況后,中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園邀請(qǐng)他擔(dān)任研究員。星耀武毫不猶豫選擇了回國(guó):“高寒山區(qū)廣布的中國(guó),在高寒植物研究領(lǐng)域還缺少相匹配的科研成果。”
聚焦橫斷山區(qū),探究高寒植物演化
實(shí)際上,在高寒植物研究中,當(dāng)時(shí)國(guó)際上最熱點(diǎn)地區(qū)是南美洲的安第斯山!艾F(xiàn)在,橫斷山區(qū)也成了高寒植物演化研究的熱詞!”星耀武說(shuō)。
2016年,34歲的星耀武回國(guó)組建團(tuán)隊(duì),重點(diǎn)研究橫斷山區(qū)高寒植物演化。不少近緣物種看起來(lái)很像,卻不容易區(qū)分。加上存在雜交現(xiàn)象,如果采集的材料不對(duì),后面的基因組分析便無(wú)從談起!皩(duì)比不同區(qū)域的植物、看同一區(qū)域植物每年的變化,都能幫助我發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問(wèn)題!毙且湔f(shuō)。
通過(guò)選取橫斷山及其鄰近高寒生物區(qū)中多樣性較高的18個(gè)被子植物類(lèi)群共計(jì)3798種植物,星耀武團(tuán)隊(duì)整合地理分布區(qū)和生物區(qū)演化,建立起一個(gè)新的生物地理模型,并推斷橫斷山區(qū)是高寒物種起源和分化的搖籃——分子生物學(xué)證據(jù)表明,約3000萬(wàn)年前,高寒植物就在橫斷山區(qū)起源;而七八百萬(wàn)年前,伴隨橫斷山區(qū)經(jīng)歷的一段快速隆升,橫斷山區(qū)植物加速分化,為如今的植物多樣性奠定了基礎(chǔ)!耙郧拔覀冋f(shuō)橫斷山區(qū)是北溫帶高寒植物分化中心,但具體什么時(shí)候分化、分化機(jī)制如何,還缺少定量研究;我們的研究,定量地證明橫斷山區(qū)是高寒植物的起源中心!毙且湔f(shuō)。
高寒植物對(duì)氣候變化尤其敏感。星耀武計(jì)劃,未來(lái)將進(jìn)一步研究北半球山地植物演化,他說(shuō):“應(yīng)對(duì)氣候變化,我們需要對(duì)植物有更多了解!
《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2023年05月04日 10 版)
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