上新世时期的森林破碎化影响了热带亚洲大型松鼠（Ratufa属）的物种形成

　　通过基因组数据和生态位建模，研究揭示了东南亚东方巨松鼠物种分化与古气候、地形变化及栖息地碎片化的关联。发现多个候选物种，并证实Ratufa gigantea应独立成种。研究显示全球气候变冷、喜马拉雅抬升及河流扩张导致隔离，推动快速独立进化，包括矮化现象。该成果为热带亚洲生物地理学研究提供了重要参考，对濒危物种保护具有指导意义。

　　
东南亚地区复杂的地质与气候历史，叠加多样的地形特征，为研究进化机制驱动的高生物多样性提供了独特场景。本文聚焦东方巨松鼠属（*Ratufa*）的演化史，通过整合博物馆标本基因组数据与生态位建模，揭示该属物种分化与古森林分布、地理屏障的协同作用机制。研究采用混合方法，涵盖线粒体基因组分析、核超保守元素（UCE）系统发育重建、古气候 niche建模及形态学比较，形成多维度证据链。

### 1. 研究背景与核心问题
东南亚作为全球生物多样性热点，其复杂的演化历史尚未完全解析。东方巨松鼠属（*Ratufa*）作为树栖特化物种，其演化过程与古森林动态存在紧密关联。当前物种分类存在争议，例如印度物种*R. indica*与*R. macroura*的分类边界模糊，而苏门答腊与爪哇的*R. affinis*和*R. bicolor*的亚种分化亦缺乏分子证据支持。研究目标在于：1）重建属内演化树，揭示物种分化时间与地理格局；2）解析古气候变迁对森林分布及物种隔离的影响；3）验证矮化现象的独立进化及适应性意义。

### 2. 研究方法与技术路线
样本采集覆盖美国国家博物馆（USNM）、大都会博物馆（AMNH）等五大机构的历史标本（109份）及活体样本（1份）。基因组分析采用双策略：其一通过UCES（约4000个核超保守元素）进行全基因组关联分析，其二利用完整线粒体基因组进行独立验证。特别处理了DNA降解问题，通过SPRUCEUP算法优化比对序列，并采用分步过滤策略排除污染样本（如检测到人类或鼬科基因污染的5份样本）。

生态位建模整合了生物气候数据（WorldClim、CHELSA、Paleoclim.org），涵盖14项气候参数（如年降水量、最冷/最热月均温等）。通过空间薄ning技术（10公里缓冲区）减少采样偏差，并采用MaxEnt算法训练模型，结合AUC、CBI等指标验证模型可靠性。形态学分析重点比较了体长、颅骨长度等指标，区分正常种群与岛屿矮化种群。

### 3. 关键发现与机制解析
#### 3.1 分子系统发育揭示物种分化时间线
- **属内拓扑结构**：线粒体基因组与UCE数据均支持三大家族：印度亚种（*R. indica*+*R. macroura*）、*R. bicolor*主群及*S. affinis*主群。值得注意的是，线粒体与核基因组拓扑一致（图1），显示低水平基因流动。
- **关键分化节点**：主群分化时间约1.3亿年前（对应化石记录的*Ratufa sylva*），*R. bicolor*与*S. affinis*分化约1.1亿年前。最显著的分化事件发生在：
- **中新生代（约1400万年前）**：喜马拉雅-青藏高原抬升导致季风增强，森林收缩形成三个独立演化支（图2）。
- **上新世晚期（约500万年前）**：湄公河、马六甲海峡等古河道形成地理屏障，促使*S. bicolor*主群分裂为“北”与“南”两个亚群，*S. affinis*分化为东西两支。

#### 3.2 古气候与地理屏障的协同作用
- **中新生代森林扩张期**：全球变冷（中新生代降温）与季风增强（印度洋季风增强）共同导致热带雨林扩张至东南亚大陆。此时，*Ratufa*的祖先可能通过湄公河古河道（约580万年前开始形成）进行种群迁移，但随后因气候变冷（上新世冷却）和山脉抬升导致隔离。
- **上新世生态位分化**：生态位模型显示，*R. bicolor*适应更广气候（年降水量范围550-2000毫米，温度跨度12-28℃），而*S. affinis*偏好更高湿度（年降水量>2000毫米）。这种差异在化石记录中对应不同演化的科属（如科莫多龙科与科莫多龙属的分化）。
- **河流屏障的动态影响**：湄公河与北苏门答腊古河道（NSP）成为关键隔离带。例如：
- *R. bicolor*“北群”分布在恒河-湄公河上游（如尼泊尔、缅甸），而“南群”占据中南半岛与苏门答腊（图3d）。
- *S. affinis*东西两支分化与巽他陆架解离相关，东支（苏门答腊）与西支（马来半岛）在Pliocene晚期（约300万年前）完全隔离。

#### 3.3 矮化进化的独立性与适应性
- **独立进化证据**：三种*S. affinis*与*S. bicolor*的岛屿种群（如南 Natuna 岛*S. affinis*、Con Dao 岛*S. bicolor*）在形态（体长减少12-15%，颅骨周长缩减18%）与线粒体多样性（D值0.32）上均显示独立演化。这种同步矮化现象在灵长类（如长臂猿岛屿种群）与啮齿类（如岛屿田鼠）中亦有类似案例。
- **生态适应机制**：矮化种群表现出更强的生态位重叠（Schoener's D=0.298），但 niche模型显示其核心栖息地更依赖小型森林斑块（如Natuna群岛仅覆盖0.3%大陆面积却容纳两个矮化种群）。

#### 3.4 物种分类的修订建议
- ***R. gigantea*的重新确认**：北喜马拉雅种群（*R. bicolor*北支）与模式标本的颅骨测量值（颅长36.2±0.8mm vs. 其他种群34.5±0.6mm）存在显著差异（p<0.01），支持其作为独立物种。
- **候选物种识别**：基于分子分化（>5百万年前）与形态差异（如*S. affinis*东支具耳簇特征，南支 forearm 纹理密度差异达37%），建议将：
- *R. bicolor*南支（苏门答腊种群）独立为*R. sumatrae*
- *R. affinis*东支（婆罗洲种群）独立为*R. borneensis*
- *R. affinis*西支（马来半岛种群）与*S. affinis*模式种合并为*S. affinis* sensu lato

### 4. 方法学创新与局限
- **博物馆基因组学的突破**：通过优化DNA提取（双柱纯化+Qubit定量）与测序策略（KAPA HyperPrep提高低质量样本利用率），成功从32%的标本（含19世纪早期标本）获得有效序列，较传统方法提高3倍。
- **古气候模型的校准**：采用化石校准（如*R. maelongensis*，2.8百万年前）与概率模型（BEAST2）结合，将系统发育树年龄误差控制在±15%以内。
- **技术局限性**：DNA降解导致短片段缺失（平均长度<200bp），影响UCE分析中的长外显子捕获。后续需结合三代测序（PacBio+HiFi-oh）完善短读组装。

### 5. 普遍生物学启示
- **气候-地理协同驱动分化**：与东南亚其他科属（如巨蜥科*Sepsidae*）的分化模式一致，显示热带地区物种分化高度依赖古气候波动与山脉抬升的时空匹配。
- **岛屿矮化的生态阈值**：当岛屿面积<500平方公里且年降水量<800毫米时，矮化概率提升87%（基于*S. affinis*与*S. bicolor*的9个岛屿案例）。
- **博物馆标本的潜在价值**：全球博物馆存储的约120万份脊椎动物标本，可通过hDNA提取技术（如磁珠富集法）补充基因组数据，为热带物种研究提供新资源。

### 6. 保护与演化研究应用
- **优先保护区域**：基于 niche模型，识别出三大关键区域：
1. 印度支那北部高原（如曼谷保护区，当前仅存*S. affinis*）
2. 苏门答腊东海岸（含*S. affinis*东支与*S. bicolor*南支交汇区）
3. Natuna群岛（矮化种群栖息地）
- **气候变化响应预测**：模型显示，若季风减弱（如未来CO2浓度>450ppm情景），*S. affinis*适宜生境将缩减42%，而*S. bicolor*可扩展至缅甸北部（图4）。

### 结论
本研究系统揭示了东方巨松鼠属的演化图谱，证实东南亚的物种分化是古气候变迁、地理屏障（山脉与河流）共同作用的结果。通过整合多组数据与跨学科方法（分子生物学+古气候学+生态学），为热带森林物种保护提供了新范式。未来研究需结合无人机森林监测与社区遗传数据，完善该区域生物地理数据库。