作者:郝守刚等 来源:《新植物学家》 发布时间:2009-12-23 10:24:17
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早期陆生维管植物起源和演化研究获进展
 
传统的观念认为,陆地上最古老的植物是茎轴裸露、没有真正的根和叶子的原始植物,它们通常被称作裸蕨,最早期的陆生植物生活的时代——泥盆纪也被称作是裸蕨植物的时代。真正的根和叶子是随后才在地球上演化出来的。事实果真如此吗?北京大学地球与空间科学学院郝守刚教授领导的古植物研究组在国家自然科学基金的持续支持下,通过长期不懈的努力研究,提出了与这些传统观念完全不同的观点。
 
最近,该研究组发现了目前世界上最古老的根。这是一种发现于云南4.1亿年前(早泥盆世)的地层中裸蕨植物工蕨类的簇生根。郝守刚研究组经过野外调查和认真的实验室工作,揭示了这种地球上最古老的根的形态学特征,并依据完整的化石标本,引进了现代生态学的概念,第一次计算了这种最古老植物的生物量,获得了该类型化石植物的根茎比信息。这种古老的根仅占整个植物生物量的不到3%。通过与现生植物的根茎比数据的比较,他们发现,这种细小的簇根能够为相对较大的茎轴系统有效地提供养分,这也表明早期陆生植物具有较强的吸收能力和水分利用效率,说明这种植物可能生活在高温、高降水量以及水分供应充足的环境之中。由于早期根的形态和生态学信息记录极度缺乏,已报道的化石资料非常少,所以这项地球上最古老的根系统的研究引起了审稿人高度关注,该项成果发表在国际重要学术期刊《新植物学家》(New Phytologist)上。审稿人认为该研究成果不仅对早期维管植物起源演化具有重要的意义,而且对全球变化效应的建模也具有重要的意义。
 
维管植物是指具有木质部和韧皮部的植物。现存的维管植物大约有25万~30万种,包括极少部分苔藓植物、蕨类植物(松叶兰类、石松类、木贼类、真蕨类)、裸子植物和大量被子植物。陆生维管植物的起源和演化是影响到整个地球生命的重大事件。科学界普遍认为具根的维管植物的出现加速了地球的风化作用,改变了陆地的生态系统。因此,维管植物根的起源和演化是早期生命起源和演化的前沿和热点。
 
郝守刚研究组一直致力于早期陆生维管植物的起源、演化及其环境制约的研究。早在上世纪90年代,他们就在国家自然科学基金持续的支持下对地球上最古老的叶子和具叶植物——优美始叶蕨展开了深入研究。研究结果表明:在植物登陆之初,就有了真正的叶子。始叶蕨是当今植物的祖先类型,茎轴矮小,只有几十厘米高。叶子只有四五毫米大小,具有完善的叶肉组织和脉序,但缺少现今叶子所具有的栅栏组织和海绵组织,显示了它的原始性。这一发现将叶子的起源前移了近2000万年。叶子的出现提高了植物光合作用的效率,促进了全球大气二氧化碳浓度在泥盆纪时期的急剧下降,改变了地球环境和生物地球化学循环。作为碳水化合物,早期陆生植物构成陆生生物食物链的基础,为动物界及整个陆生生态系统的演化奠定了基础。该研究是和美国密歇根大学Charles B. Beck教授的古植物实验室共同完成的,成果发表在德国经典的古生物学杂志Palaeontographica B上。该项研究以及其他关于华南陆生植物的研究发表后,引起了古植物学同行的高度重视,称之为“中国之谜”,并在当时将“中国之谜”列为下一千年陆生植物古地理研究的挑战。(来源:科学时报 陈晨)
 
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