Biomes as evolutionary arenas structuring the global floristic assembly
160の植物系統の進化史を再構築することによって、本研究は、世界の植物多様性が主に系統的保守性に起因するバイオーム内での種分化を通じて形成される一方で、バイオーム間の移行はバイオームの面積、進化史、および地理的距離によって支配される非対称なプロセスであることを明らかにし、バイオームが多様化を制約すると同時に生物学的交流を媒介する基礎的な進化の場であることを確立している。
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地球上の生命の物語は、その景観の中に刻まれている。数十年にわたり、科学者たちは、灼熱の砂漠から青々とした熱帯雨林に至るまで、異なる環境がそれぞれ独自の植物群を宿していることを理解してきた。サボテンが乾燥した熱の中で繁栄し、シダが湿った日陰を好むことは分かっている。そして、こうした環境の違いがフィルターとして機能し、どの種がどこで生き残れるかを決定しているのである。しかし、より深い問いが長らく未解決のまま残されていた。世界の植物多様性の地図は、一体どのようにして形成されたのだろうか。植物は主にその土地で進化し、自らの故郷である特定の条件にゆっくりと適応していったのだろうか。それとも、絶えず異なる環境の間を飛び移り、移動と移住を通じて世界の緑の被覆を形作り直してきたのだろうか。この問いに答えるために、研究者たちは単純な地図の先を見据え、植物科の深い歴史を辿り、数百万年前に彼らがどこに住み、どのように時を通じて移動したのかを、その家系図を辿ることで解明しなければならなかった。
Gengchen YangとWenna-Ding率いる研究チームは、世界の主要な植生タイプ（バイオームとして知られる）を、個別の進化段階として扱うことで、この謎を解こうと試みた。彼らは膨大なデータセットを集め、約2万種を代表する160の異なる植物グループの家系図を編纂した。このサンプルは、アマゾンの熱帯雨林から北極の凍土に至るまで、世界の植物生命の広大な部分を網羅している。高度なコンピュータモデルを用いてこれらの植物の歴史を再構築することで、チームは各系統が数百万年にわたってどのように移動したか、あるいは留まったのかを、ある種、観察することができた。彼らは一つのパターンを探していた。植物は新しい種へと進化する際、同じタイプの環境に留まる傾向があるのか、それとも頻繁に生息地を切り替えるのだろうか、というパターンである。
結果は、驚くほど顕著で支配的なパターンを明らかにした。植物は圧倒的に「家に留まる」のである。研究によれば、あるバイオームにおける植物多様性の大部分は、まさにその場所、つまりその特定の環境の中で種が進化してきた結果であることが判明した。あるバイオームに存在する種数の変動の約86パーセントは、この局所的な進化によって説明できる。他のバイオームから移動し、新しい生活に適応することによってもたらされる多様性は、わずか12パーセントに過ぎない。これは「系統的バイオーム保守性（phylogenetic biome conservatism）」として知られる概念を裏付けるものである。これは、植物科が、その祖先が知っていた環境条件に固執する傾向があることを意味している。それはまるで、世界のバイオームが単なる植物の集合体ではなく、進化が比較的隔離された状態で展開される、閉ざされたアリーナであるかのようである。一部の植物は移動するものの、本研究は、世界の緑の生命の地図が、異なる世界の間での絶え間ない混沌とした種のシャッフルによってではなく、主にその場での多様化によって築かれていることを示している。
しかし、物語は完全に静止しているわけではない。植物が移動する場合、それらは無作為に飛び移るのではない。研究者たちは、これらの移動が地理と歴史に支配された厳格な規則に従っていることを発見した。いくつかのバイオームは「ソース（供給源）」として機能し、絶えず新しい系統を送り出し、他のバイオームは「シンク（吸収源）」として機能し、それらを受け取っている。深い進化の歴史と高い種豊富さを備えた熱帯雨林や地中海性低木地帯は、主要なソースとして機能している。これらは、他の場所へと広がる系統を生み出す進化のエンジンである。対照的に、北極圏のツンドラやタイガ（北方林）のような、より若く不安定な環境は、送出する植物よりも受け取る植物の方が多い、シンクとしての傾向がある。この流れはランダムではなく、バイオームの大きさ、他との接続性、そしてそれがどれほどの期間存在してきたかに大きく影響されている。大きな、よく接続されたバイオームは、多くの移民を受け入れる。それは、海洋にある小さな孤島よりも、大きな島の方が多くの訪問者を受け入れるのと似ている。
植物が進むべき道は、移動しなければならない距離と、目的地が故郷とどれほど似ているかによっても決定される。植物は、地理的に近く、環境が似ているバイオームの間で最も移動しやすい。熱帯雨林から近くのサバンナへ移動する植物は、熱帯雨林から凍てつく砂漠へ渡ろうとする植物よりも、障壁が少ない。研究によれば、地理的な近接性がこれらの移動の最強の推進力である。もし二つのバイオームが境界を接していれば、植物がそこを越える可能性は極めて高い。環境の類似性も役割を果たしており、植物が地理的な隙間を越えることができた場合に、新しい環境への適応を助けるが、扉を開くのは物理的な近さである。これは、現在の世界のバイオームの配置――それらがどのように配置され、どのような性質を持っているか――が、地球上の生命の流動を直接的に形作っていることを意味する。
これらの知見を組み合わせることで、研究者たちは世界の植物多様性の形成に関する新しい理解を提示している。彼らはバイオームを、単なる受動的な背景としてではなく、生命の歴史を制約し、かつ導く能動的な「進化のアリーナ」として捉えている。多様性の大部分はこのアリーナの壁の中で誕生するが、生命の交換は、サイズ、接続性、そして歴史に基づいた予測可能なパターンに従って行われる。この枠組みは、なぜ世界の植物生命が現在のような分布をしているのかを説明する助けとなる。それは、生物多様性の未来を理解するためには、これらの環境の境界がいかに変化しているか、そして変化する世界において、それらが種の移動を阻害するのか、あるいは促進するのかを見極めなければならないことを示唆している。この研究は単に植物がどこにいるかをマッピングするだけでなく、それらがどのようにそこに到達したのかを決定づけた深い歴史的規則を明らかにしており、私たちの惑星の緑のタペストリーが、局所的な進化の糸と、地球自体の地理によって織り上げられていることを示している。
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