松鼠科不同生态型的演化及其对全球环境变化的响应

A synthesis of fossil occurrences of extant species will offer a bridge in understanding microevolution and macroevolution, allowing more accurate reconstruction of the evolutionary history of organisms. However, the fossils of most organisms have been sparsely collected or poorly studied, and so provide limited information in understanding the evolutionary history of the whole group. In addition, several organisms have small extant populations, which limits the information available from molecular data. The diversity of both fossils and extant species, a cosmopolitan distribution, as well as high diversity in behaviour, physiology and ecological characteristics, rank the rodents as ideal taxa for these kind of integrative studies. The present study aims to: (1). review the fossil occurrences of Sciuridae, as well as to infer the historical biogeography of different eco-type groups in this family based on fossils and molecular data from extant species. Based on theses analyses, we aim to identify the main ecological factors affecting the evolutionary dynamics of different groups and to infer or deduce any possible concordance between global environmental change and the evolutionary history of these animals. (2). study the morphological evolution of these animals (including body size, size and shape variation of important organs), and to identify the phylogenetic and ecological concordance of these form changes. (3). compare the phylogeographic structure in the representative species of different eco-type groups, and to trace back the historical global environmental change which induced population expansion or contraction, gene flow, and transformation of distribution patterns in squirrels.

化石与现生种的整合将会为"大进化"与"小进化"的结合研究架起桥梁，更加准确地重建相关类群的演化历史。然而，大多数生物类群因为化石材料的不完整性或现生种群数量非常有限而无法开展这样的工作。啮齿类动物漫长的演化历史，丰富的化石记录，广泛的地理分布，相对可观的现存种群数量以及其在行为、生理和生态上的多样分化使其成为实现古今结合的理想材料。本课题拟以松鼠科动物为材料，通过化石记录的系统整理分析，阐明不同生态类群在不同地质时期的消长规律，求证不同生态类群起源与演化的环境制约机制；通过对现生种体型和重要功能器官形态演化的研究探讨形态变异与系统发育关系的联系和不同环境因子在其形态建成中的作用；通过对不同生态类型代表种类谱系生物地理结构及种群遗传学的对比研究，探讨环境变化对其种群扩张或退缩、基因交流以及当前分布格局形成产生的影响。

松鼠科是啮齿目中物种多样性较高，且广布于南、北美洲，欧亚大陆和非洲的类群之一。在这些物种中，鼯鼠（Pteromyini）是严格的树栖种类。这个类群的消长历史与全球森林的演变密切相关。我们系统整理全球的化石记录，并结合分子数据和现生种的地理分布对其演化历史进行重建，结果显示鼯鼠曾经的分布范围远远大于当前的分布区，历史生物地理学的分析揭示这些物种可能起源于亚洲北部地区。我们推测中新世后期的CO2浓度骤降、北半球干冷环境加剧等事件使依森林而生的鼯鼠物种丰富度大幅下降；而高原隆升和季风气候给亚洲南部及东南部地区带来充足的雨水，促进了这些地区森林环境的发育；同时，冰期气候引起东南亚地区海平面大范围的波动导致东南亚主大陆与周边海岛的隔离与连接，从而使之成为鼯鼠现生种类快速分化的中心。然而，当前东南亚地区森林环境面临的严重破坏和大面积退化使鼯鼠未来的前景不容乐观。.地松鼠亚科可能在早渐新世起源于欧亚大陆，在早中新世（20.4-16.0 Ma）和晚中新世（13.8-11.6 Ma）曾先后两次通过非洲与欧亚大陆之间的陆桥扩散到非洲，随后发展为非洲树松鼠族（Protoxerini）和非洲地松鼠族（Xerini）。旱獭族（Marmotini）起源于欧亚大陆，但在北美得以发展繁荣。在早中新世时期，花鼠属（Tamias）从北美扩散回欧亚大陆，然而旱獭属（Marmota）和黄鼠属组(‘Spermophilus’ genus-groups)则直至晚中新世时期才实现从北美到欧亚的扩散。我们推测，从15个百万年开始，全球干冷环境的加剧促进草原生态系统的扩张，这可能是诱发地松鼠亚科得以繁荣的主要原因。地松鼠亚科现生种在形态特征上也呈现了不同的趋势：适应地栖生活的种类，如Marmota, Cynomys和 Xerus在体型上显著增大，而以树栖为主的Tamias则保持相对苗条。中新世晚期全球干冷环境中森林退缩和草原扩张，旱獭族的多数种类发展成为真正的地栖类松鼠，而Tamias苗条的体型则可能与它们和松鼠科其它树栖种类存在生存空间的竞争，以及它们的储食行为特点和应对严寒的策略有关。几何形态学的分析揭示松鼠科动物头骨的形态演化既受到系统发育关系的影响，又受到环境因子的制约。