圖1 不同時(shí)期白令陸橋的地理格局（From Wen et al. 2016）。
中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂課題組2015年發(fā)表了“Amphibians crossing the Bering Land Bridge: Evidence from holarctic treefrogs (Hyla, Hylidae, Anura)”文章。研究利用雨蛙屬物種的系統發(fā)育關(guān)系和生物地理學(xué)研究，揭示了雨蛙屬物種起源于美洲大陸，通過(guò)白令陸橋的兩次擴散事件擴散到歐亞大陸。但白令陸橋的形成是否對其它生物類(lèi)群的交流有類(lèi)似的影響，生物擴散的波動(dòng)模式是否與古氣候及環(huán)境波動(dòng)相關(guān)，這些科學(xué)問(wèn)題仍有待于深入研究。
為解決以上科學(xué)問(wèn)題，中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂課題組利用“白令陸橋作為生物擴散通道”的大量前期研究，基于時(shí)間矯正的分子系統發(fā)育關(guān)系和DEC模擬的地理分布格局，整合分析了跨越白令陸橋的雙向擴散事件，研究涉及了包括植物、脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物和真菌在內的大量類(lèi)群及其相應的大量擴散時(shí)間，包括6次兩棲動(dòng)物擴散事件，10次爬行動(dòng)物擴散事件，5次真菌擴散事件，9次無(wú)脊椎動(dòng)物擴散事件，5次哺乳動(dòng)物擴散事件和57次植物擴散事件開(kāi)展了深入的探索。結果表明了共61次從歐亞大陸向北美大陸和31次北美大陸向歐亞大陸的擴散事件，揭示了歐亞大陸和北美大陸之間存在長(cháng)時(shí)間的不對稱(chēng)量級的生物擴散交流。
研究進(jìn)一步揭示了歐亞大陸和北美大陸之間隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模式。在從歐亞大陸到北美大陸的方向上，約65百萬(wàn)年前（Ma）以來(lái)的溫暖氣候使這一方向的物種擴散事件不斷增加，在經(jīng)歷始新世-漸新世邊界（~35 Ma）的冰期氣候惡化事件時(shí)，擴散事件增速急劇降低，之后氣候回暖，擴散事件進(jìn)一步增加，直到約25 Ma達到峰值，之后的降溫事件以及東亞季風(fēng)氣候的形成，造成了擴散事件的下降，雖然在中新世氣候平臺期（~20-15 Ma）有一次減緩，但總體下降趨勢不變。
在從北美大陸到歐亞大陸的方向上，擴散事件數目在約65 Ma以來(lái)的溫暖氣候影響下不斷升高，經(jīng)歷約35 Ma的冰期氣候惡化事件時(shí)，干燥的林地草原廣泛分布于北美西部地區，由此導致的北美生物類(lèi)群的更替解釋了這一時(shí)期擴散事件的減少，直接造成了與歐亞大陸向北美大陸方向擴散事件的整體差異。隨著(zhù)氣候回暖，擴散事件緩慢增加，在約15 Ma再次達到峰值，隨后降溫事件導致了總體的下降趨勢。
圖2 白令陸橋兩側大陸生物交換趨勢。（A）代表由歐亞大陸向北美大陸的擴散事件；（B）代表由北美大陸向歐亞大陸的擴散事件。
本研究進(jìn)一步揭示了歐亞大陸和北美大陸之間不同生物類(lèi)群的擴散事件具有不同的高峰期。由于在古新世和始新世早期，混合落葉闊葉林和常綠亞熱帶森林的北方熱帶植物區系帶廣泛分布于北半球，白令陸橋在這段時(shí)間是主要的擴散通道，此時(shí)適應溫暖環(huán)境的生物類(lèi)群包括兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物和昆蟲(chóng)在這期間的擴散事件中占主導地位，兩棲動(dòng)物的擴散非常顯著(zhù)。昆蟲(chóng)、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和真菌在兩大陸間的生物交換發(fā)生的時(shí)間（~40-25 Ma）比植物和哺乳動(dòng)物更早（~25-8 Ma）。
圖3 白令陸橋兩側大陸之間特定類(lèi)群的生物交換趨勢。
在歐亞大陸和北美大陸地區不斷變化的環(huán)境條件，以及相關(guān)動(dòng)植物類(lèi)群的系統發(fā)育多樣性，是歐亞大陸和北美大陸之間不對稱(chēng)生物交換模式產(chǎn)生的主要原因。在整個(gè)新生代期間，從歐亞大陸到北美大陸的物種擴散事件比北美大陸到歐亞大陸的物種擴散事件普遍較多，這些不對稱(chēng)性主要體現在始新世末期和中新世期間較寒冷的時(shí)間。
該研究成果以Asymmetric Biotic Interchange across the Bering Land Bridge between Eurasia and North America為題，已在國家科學(xué)評論National Science Review在線(xiàn)發(fā)表。中國科學(xué)院成都生物研究所的姜德純博士，法蘭克福大學(xué)Sebastian Klaus博士為論文的共同第一作者，李家堂研究員為論文的通訊作者。本研究得到中國科學(xué)院先導項目（B）和前沿局重點(diǎn)研究項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院西部之光及青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等項目的資助。