天坑是喀斯特地貌中一种极具代表性的大型陷坑状负地形。在我国西南的喀斯特山地中，巨大的天坑像深嵌于石灰岩地貌中的天然庇护所。由于内部环境相对封闭、微气候独特，天坑常形成与外围景观高度隔离的特殊生境斑块，陡峭的崖壁之下，常年保持着阴湿、凉爽的森林环境，为许多珍稀植物提供了逃避高温、干旱和外界环境胁迫的避难空间（图1）。在喀斯特岛屿生境的宏观背景下，天坑常被视为嵌套其中的“微避难所”（microrefugia）。然而，这种“避难所中的避难所”对物种长期演化究竟意味着什么？它是为濒危物种提供了关键庇护，还是也会因长期隔离而带来遗传衰退风险？
图1. 典型的喀斯特天坑景观——广西乐业大石围天坑（唐健民 摄）
近日，中国科学院华南植物园植物进化与保护研究团队与广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所广西特色植物资源保育及利用创新团队科研人员联合研究发现，喀斯特天坑能够为濒危植物香木莲（Magnolia aromatica）提供微环境庇护，但同时也会限制种群间的基因流，导致遗传多样性降低和有害突变累积，从而削弱其应对未来环境变化的能力。相关成果以“Karst tiankengs preserve but constrain evolutionary potential in the endangered tree Magnolia aromatica”为题（封面文章），发表于生物学主流期刊Current Biology（《当前生物学》）（图2）。
图2. Current Biology第36卷15期封面（香木莲在喀斯特天坑）
香木莲是国家二级重点保护野生植物，是我国西南喀斯特地区特有的珍稀濒危树种，主要分布于广西、贵州和云南等地破碎化的石灰岩生境中。部分种群生长在天坑内部，那里阴暗、潮湿且气候相对稳定，与天坑外部干旱、裸露、环境波动更强的喀斯特地表形成鲜明对比。长期以来，天坑究竟主要是植物的“避难所”，还是同时也会因地理隔离带来遗传风险，一直缺乏系统的研究。
图3-4. 生长在天坑里的香木莲（唐健民 摄）
该研究首先构建了香木莲近乎端粒到端粒（T2T）的高质量参考基因组。在此基础上，研究团队对分布于天坑内外的26个自然种群开展群体基因组学分析，系统解析了该物种的遗传结构、演化历史及环境适应机制。基于单核苷酸多态性（SNP）、插入/缺失变异（InDel）和结构变异（SV）的综合分析，研究共识别出四个主要地理遗传谱系：云南谱系（YN）、贵州—广西谱系（GG）、广西乐业天坑群外围谱系（TK1）以及天坑内部谱系（TK2）。
研究发现，从整个物种分布范围内，天坑相关谱系整体维持了中等水平的基因组多样性和突变负荷，支持了天坑作为“嵌套微避难所”在不利气候时期为物种延续提供庇护的理论预期。然而，在更精细的空间尺度上，天坑内部谱系TK2相较于邻近的天坑外围谱系TK1，表现出显著降低的遗传多样性和显著升高的有害突变负荷，但两者近交水平相当。这一模式更符合“长期有效种群缩小叠加强化遗传漂变”的演化过程，而非近期近亲交配所导致的遗传衰退。这表明，天坑内部种群如同孤岛：稳定的微环境有助于维持种群短期存续，但长期封闭的地理环境也会限制基因交流、增强遗传漂变，并促进有害突变积累，从而削弱物种应对未来环境变化的长期演化潜力。种群历史重建进一步支持“伴随基因流分化”的模型，即各谱系在分化过程中仍存在少量基因交流，但这种连通性受到喀斯特地形屏障的强烈约束。
天坑内部最显著的环境特征之一是光照极度不足。研究团队通过基因组扫描发现，天坑内部谱系中与光合作用和碳固定相关的基因受到强烈自然选择。进一步的遮荫处理实验也证实，来自天坑种源的香木莲幼苗在强光条件下迅速死亡，而在深度遮荫环境中能够良好存活和生长。这一结果从基因组和生理实验两个层面揭示了香木莲对天坑弱光生境的特殊适应机制。
为评估香木莲在未来气候变化下的生存风险，研究团队进一步整合物种分布模型、基因组偏移分析和突变负荷预测，对不同气候情景下的种群命运进行了多维预警。结果显示，在高排放情景下，至本世纪末，约三分之一的现有栖息地将面临严重气候错配；天坑群边缘的基因流屏障区将成为适应性滞后的高风险热点；与此同时，多数种群的有害突变负荷预计将持续上升。
基于上述发现，研究团队认为，香木莲及其他喀斯特濒危植物的保护策略应从单一的就地保护转向更加精细化的景观管理。一方面，天坑内部作为重要微避难所，应继续作为优先保护对象；另一方面，天坑外围种群、景观过渡带及潜在扩散廊道也应受到重视，以维持或恢复种群间连通性，促进适应性基因流。对于长期隔离的小种群，还需持续监测其遗传健康状况，并在必要时考虑基于遗传评估的辅助基因流措施。该研究为喀斯特地区濒危植物保护提供了新的管理思路。总之，该研究突破了“避难所皆有益”的简单叙事，强调在气候变化背景下，微避难所既可能是物种存续的“生命线”，也可能成为限制其长期演化潜力的“遗传陷阱”（图5）。
图5. 喀斯特天坑的基因组遗产以及香木莲的基因组多样性、局域适应和未来脆弱性（Graphical abstract）
中国科学院华南植物园已毕业博士生朱显亮、广西植物研究所唐健民副研究员为论文共同第一作者，中国科学院华南植物园康明研究员、广西植物研究所韦霄研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发项目、广东省重点研发项目、国家自然科学基金、广西自然科学基金及广东省特支计划等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.06.051
中国科学院华南植物园康明团队长期从事我国华南热带亚热带地区重要植物类群系统演化、珍稀濒危植物遗传多样性保护及利用研究。近年来先后开展了水松、桫椤、木兰科等濒危植物的基因组学和保护基因组学研究。近5年在Nature Plants、Nature Communication、Current Biology、Systematic Biology、Molecular Biology and Evolution、New Phytologist、Cell Reports、Plant Biotechnology Journal、Integrative Journal of Plant Biology、Horticulture Research、The Plant Journal等国际主流期刊上发表SCI论文30篇。目前承担科技部重点研发课题、国家自然科学基金、广东省重点研发等项目，团队2027年招收博士研究生1名、硕士研究生2名，欢迎有志于珍稀濒危植物基因组学及进化生物学的学生报考。
