千萬年以來全球C4植被的擴張是地球生物進化史上的一個重要事件。過去幾十年，學者基于穩定碳同位素對這一植被擴張過程進行了研究，然而驅動機制仍不清楚。草原生態學和系統發生學為解決這一問題提供了新思路。由于不同C4植物的生態適應性不一樣，知道地質歷史時期哪種C4植物擴張對認識這一問題非常關鍵。植硅體（微體植物硅質化的化石）可以區分不同種類的草本植物，從而可以用來解決上述問題。
地理與海洋科學學院王翰林博士和鹿化煜教授研究和總結了全球各個大陸C4植被的擴張歷史及其驅動機制，強調了氣候要素的控制作用。這項研究首先建立了全球現代禾本科物種與氣候對應關系數據集~1200萬條，發現~10°C等溫線是北美、東亞地區早熟禾亞科和黍亞科/虎尾草亞科分布的分界線，~400 mm等降水量線是北美、南非地區黍亞科和虎尾草亞科的分界線；同時發現各個大陸禾本科物種分布特征、氣候適應區間有所不同，可能原因是區域氣候，地形和本地物種等非生物和生物因素造成的。
圖1. 全球禾本科主要分支分布圖
他們總結了全球各個大陸草原、C4植被擴張歷史。基于上述現代禾本科與氣候的對應關系，嘗試利用植硅體組合重建古氣候，探討氣候演變驅動機制。研究結果指出，東亞和北美地區的草原大約在兩千萬年前同時出現，這些早期的草原生態系統很有可能是由C3早熟禾亞科主導，C4植被的擴張都是基于高度異質性的植被組成。北美地區的C4擴張是虎尾草亞科約在8~5 Ma的逐漸興起， 區域范圍的干熱氣候可能是主要驅動因素。東亞地區的C4擴張是黍亞科約在~11 Ma的逐漸興起，亞洲季風演化可能是主要驅動因子。
圖2. 東亞和北美地區植硅體組合對比圖
他們還分析了利用植硅體重建晚新生代以來古氣候的局限性和不確定性，包括大氣二氧化碳濃度、火災和食草動物的影響。這項研究是他們承擔的渭河盆地新生代環境演化研究的擴展和深化，前期的相關研究結果在國內外重要學術刊物發表了多篇論文。這項科研成果發表在國際權威學術刊物《Earth-Science Reviews》上。
論文第一作者是地理與海洋科學學院博士后王翰林，通訊作者為鹿化煜教授，研究工作得到了國家自然科學基金和博士后科學基金的聯合資助。
論文信息：Wang, H. and Lu, H., 2022. Climate controls on evolution of grassland ecosystems since late Cenozoic: A phytolith perspective. Earth-Science Reviews, 104059.