全球种子植物3.6亿年前如何大爆发?中国团队最新研究探寻谜底

  中新网北京2月25日电 (记者 孙自法)地球上最早的种子植物如何在约3.6亿年前的晚泥盆世迎来一场爆发式演化?

  记者2月25日从北京大学王德明教授团队获悉,通过总结全球晚泥盆世法门期(3.72亿年-3.59亿年前)种子植物多样性特征和地理分布格局,该团队与合作者的最新研究解释了这一现象。相关成果论文近日在国际学术期刊《地球科学评论》(Earth-Science Reviews)发表。

  形态功能高度多样

  论文第一作者和通讯作者王德明教授介绍说,种子植物是现今陆地生态系统的主体植物,其起源可追溯至晚泥盆世法门期。长期以来,古植物学界对法门期种子植物的认识主要基于劳俄大陆(现今北美和欧洲主体部分)的化石记录,而对同时期其他地区种子植物的认识有限。

本项研究的华南板块晚泥盆世法门期的胚珠/种子。研究团队 供图

  近年来,研究团队从华南板块发现大量保存精美的法门期种子植物,为重新审视早期种子植物演化、地理分布和生态提供了关键材料。

  截至目前,全球已知32个属的法门期种子植物,整体呈现出以赤道低纬度地区为主的分布格局。研究表明,这些最早的种子植物虽然保留部分原始特征,但在种子形态功能方面已表现出高度多样性,如一些种子植物演化出适应风力传播的“翅膀”结构。

  “分道扬镳”独立演化

  论文共同第一作者、北京大学博士研究生徐鹏称,作为晚泥盆世种子植物研究的两大热点地区,劳俄大陆与华南板块虽然同处赤道低纬度地区,却被一片广阔的古海洋分隔。前者主要位于干旱气候带,后者则位于温暖湿润的气候带。古海洋的天然屏障和古气候的差别,使得两地的种子植物“分道扬镳”,走上完全不同的演化之路。

本项研究的劳俄大陆(A、B)和华南板块(C-M)晚泥盆世法门期的花粉囊/前花粉及茎干解剖结构(N-V)。研究团队 供图

  在劳俄大陆内部,法门期种子植物呈现高度同质化,多个属种广泛分布于比利时、英国和美国等地;华南板块内部也显示出类似同质化的情况。然而,这两大区系之间几乎不存在同属的植物,表明种子植物的演化过程具有明显的独立性。

  整体而言,劳俄大陆种子植物的胚珠个体较小、常着生在一个被称为托斗的大型杯状分枝结构中,该结构被认为有助于保护和减少水分散失,从而适应较为干旱的气候;华南种子植物的胚珠个体明显加大,多为无托斗胚珠,显示对湿热气候的适应。

  法门期的种子植物广泛分布于低纬度地区,呈现出显著的多样性,且在劳俄大陆与华南板块之间表现出明显的演化分异,标志着种子植物在泥盆纪的一次重大演化爆发。

  风力水力助力传播

  长期以来,科学家难以判断早期种子植物的生活环境,因为其繁殖器官多呈现离散保存状态,原地生长的根系和茎干化石极为罕见。

  在本项研究中,研究团队通过分析已知面积最大的泥盆纪森林——安徽广德新杭森林,发现大量种子与原地生长的其他植物类群共同埋藏在滨海地层中。

本项研究的晚泥盆世法门期全球种子植物的地理分布。研究团队 供图

  结合化石证据和沉积环境,研究团队认为,种子植物并非滨岸的原生植被,而更可能来源于内陆环境(包括高地),经风力和水力传播、搬运至滨海低地沉积。

  此次研究发现,不同胚珠类型所呈现的结构特征支持上述解释:具翅胚珠显示出对风力传播的适应;具翅和羽状结构的胚珠可能兼具风力和水力传播能力;大型托斗胚珠则可能借助水力传播。

  王德明表示,这些精巧的设计,展现出早期种子植物在征服陆地过程中令人惊叹的适应能力。(完)

【编辑:张子怡】
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