古北界荒漠啮齿类现代分布和多样性格局的形成机制研究

Desert area is an unrecognized "virgin land" with great potential for species diversity, among which desert rodents constitute the most important part of desert biodiversity. The connection of the Palaearctic desert belt has promoted the communication and transformation of terrestrial flora and fauna between Asian and African continents. However, the coupling mechanism between the geological history of the Palaearctic desert belt and biological evolution history is still unknown; and the mechanism affecting the formation of modern animal distribution and diversity pattern is still unclear. In this study, we will choose desert jerboas, jirds or gerbils, and hamsters as the research object, which have similar evolution history background but with different modern distribution and diversity pattern. We will integrate the morphology, molecular phylogeny, biogeography, and macroevolution research techniques to analyze the geographic distribution and diversity pattern of Palaearctic desert rodents with multidisciplinary data. Then, we will explore the correlation between phylogenetic relationship and morphological evolution and ecological factors, like geographical distribution, altitude, climate, vegetation, etc.; to clarify the internal and external causes in the formation mechanism of modern distribution and diversity pattern of Palaearctic desert rodents. Finally, we will explain the coupling relationship between the evolution of different taxa and the formation of the diversity pattern and the formation of the Palaearctic desert belt. This study will provide new evidence and new thinking for the exchange and transformation of fauna in Asia and Africa; and also has great significance to the biodiversity research.

荒漠地区是一片未被认识的、极具物种多样性潜力的“处女地”，其中荒漠啮齿类构成荒漠生物多样性最重要的组成部分。古北界荒漠带的连通促进了亚非大陆间陆地动植物区系的交流和转换，然而，古北界荒漠带形成的地质历史过程和生物演化历史间有怎样的偶联机制仍未可知，影响动物现代分布和多样性格局形成的机制尚不清楚。本研究以演化历史背景相似但现代分布和多样性格局不同的荒漠跳鼠类、沙鼠类和仓鼠类为研究对象，运用形态学、分子系统学、生物地理学、宏进化等研究手段，综合多学科数据对古北界荒漠啮齿类地理分布和多样性格局进行解析；探讨形态演变与地理分布、海拔、气候、植被等生态因子同系统发育关系的相关性，阐明古北界荒漠啮齿类现代分布和多样性格局形成机制的内部和外部动因；最终解释不同类群演化和多样性格局形成的历史过程与古北界荒漠带形成过程的偶联关系，为亚非动物区系的交流转换提供新证据、新思考，对生物多样性的研究具有重要意义。

荒漠地区是一片未被认识的、极具物种多样性潜力的“处女地”，其中荒漠啮齿类构成荒漠生物多样性最重要的组成部分。古北界荒漠带的连通促进了亚非大陆间陆地动植物区系的交流和转换，然而，古北界荒漠带形成的地质历史过程和生物演化历史间有怎样的偶联关系仍未可知，影响动物现代分布和多样性格局形成的机制尚不清楚。本研究以演化历史背景相似但现代分布和多样性格局迥异的荒漠跳鼠类和沙鼠类为研究对象。正确认识物种并明确物种的分类关系和分布状况是生物多样性研究和保护的重要前提，因此，本研究首先系统综述了荒漠跳鼠类群以及沙鼠类的分类关系，同时厘定了荒漠跳鼠中五趾跳鼠种团的分类体系。首次提出五趾跳鼠种团可以分为四个系统发育组。其次，我们运用形态学、分子系统学、生物地理学、宏进化等研究手段，综合多学科数据对沙鼠类地理分布和多样性格局进行解析，揭示了进化史或生态因素在格局形成中的相对重要性，估算了该分支的祖先范围和宏观进化速率，并推断了可能的定殖场景。然后，我们对来自欧亚内陆的同域沙漠啮齿动物的四个代表物种进行了测序，并生成了四个高质量的从头组装的基因组，阐明古北界荒漠啮齿类现代分布和多样性格局形成机制的内部动因。我们的研究结果揭示了当前古北界荒漠啮齿动物格局的形成与不同类群的适应遗传机制息息相关。例如，荒漠跳鼠、沙鼠、仓鼠都很好地适应了沙漠环境的恶劣干旱条件（花生四烯酸、DNA修复），但适应寒冷环境的能力决定了它们可以扩展的分布区域的大小。荒漠跳鼠在产热、能量代谢方面有着更强的进化选择，因此相比于在撒哈拉沙漠等低纬度温暖荒漠更有优势的沙鼠类群，荒漠跳鼠在中纬度寒冷荒漠的多样性更高。四个物种的生态位分离和人口历史分析表明，四个物种的生态位选择相似但有效种群规模和对气候变化的敏感性则不同，这可能与多样化的基因组适应性特征有关。最终解释不同类群演化和多样性格局形成的历史过程与古北界荒漠带形成过程的偶联关系。