千万年以来全球C4植被的扩张是地球生物进化史上的一个重要事件。过去几十年，学者基于稳定碳同位素对这一植被扩张过程进行了研究，然而驱动机制仍不清楚。草原生态学和系统发生学为解决这一问题提供了新思路。由于不同C4植物的生态适应性不一样，知道地质历史时期哪种C4植物扩张对认识这一问题非常关键。植硅体（微体植物硅质化的化石）可以区分不同种类的草本植物，从而可以用来解决上述问题。
地理与海洋科学学院王翰林博士和鹿化煜教授研究和总结了全球各个大陆C4植被的扩张历史及其驱动机制，强调了气候要素的控制作用。这项研究首先建立了全球现代禾本科物种与气候对应关系数据集~1200万条，发现~10°C等温线是北美、东亚地区早熟禾亚科和黍亚科/虎尾草亚科分布的分界线，~400 mm等降水量线是北美、南非地区黍亚科和虎尾草亚科的分界线；同时发现各个大陆禾本科物种分布特征、气候适应区间有所不同，可能原因是区域气候，地形和本地物种等非生物和生物因素造成的。
图1. 全球禾本科主要分支分布图
他们总结了全球各个大陆草原、C4植被扩张历史。基于上述现代禾本科与气候的对应关系，尝试利用植硅体组合重建古气候，探讨气候演变驱动机制。研究结果指出，东亚和北美地区的草原大约在两千万年前同时出现，这些早期的草原生态系统很有可能是由C3早熟禾亚科主导，C4植被的扩张都是基于高度异质性的植被组成。北美地区的C4扩张是虎尾草亚科约在8~5 Ma的逐渐兴起， 区域范围的干热气候可能是主要驱动因素。东亚地区的C4扩张是黍亚科约在~11 Ma的逐渐兴起，亚洲季风演化可能是主要驱动因子。
图2. 东亚和北美地区植硅体组合对比图
他们还分析了利用植硅体重建晚新生代以来古气候的局限性和不确定性，包括大气二氧化碳浓度、火灾和食草动物的影响。这项研究是他们承担的渭河盆地新生代环境演化研究的扩展和深化，前期的相关研究结果在国内外重要学术刊物发表了多篇论文。这项科研成果发表在国际权威学术刊物《Earth-Science Reviews》上。
论文第一作者是地理与海洋科学学院博士后王翰林，通讯作者为鹿化煜教授，研究工作得到了国家自然科学基金和博士后科学基金的联合资助。
论文信息：Wang, H. and Lu, H., 2022. Climate controls on evolution of grassland ecosystems since late Cenozoic: A phytolith perspective. Earth-Science Reviews, 104059.