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植物进化树:亿万年的植物“族谱”

2017-03-15 13:50  来源: 科普中国-科学原理一点通

人类家族有自己的族谱,植物大家族也有自己的族谱。人类族谱主要记载了一个以血缘关系为主体的家族世代繁衍的历程,以及重要的人物和事迹;植物“族谱”却是一棵“进化树”,主要记载了植物大家族的各个类群,以及它们之间存在的关系。

认识植物进化树植物进化树是什么?科学家在对化石资料进行研究整理之后,结合不同植物体的结构特征,推断出它们之间的亲缘关系,然后画出了树形图,这便是植物进化树。

距今约40亿年前,世界上出现了最早的生物,它们只是最简单的细菌、蓝藻等原核生物。一部分含有色素的细菌以及蓝藻依靠日光制造养料,然后将大量的氧气释放在大气中,逐渐改变了大气的结构及性质,为生物的繁荣发展打好了基础。距今约15亿年到14亿年前,世界上具有真核细胞的生物出现了,它们便是生活在水中的鞭毛虫。之后它们又朝着三个方向进化,一是可进行光合作用的植物界;二是吞食营养物质的动物界;三是依靠吸收营养物质的菌物界。

在生物学中,用植物进化树来表示不同植物之间的进化关系。生物学家根据各类植物的亲缘关系的远近,将它们安放在有分枝的树状图表上,方便人们一目了然地看到植物的进化历程以及它们的亲缘关系。

 

(植物进化树)

 

植物进化的“足迹” 植物被称为世界生物的先锋,因为它们具有十分独特的光合作用的能力,这和其他生物有着明显的不同。如今,地球上生活着超过50万种的植物,这些形形色色的植物是从何而来的呢?

我们的地球大约诞生在46亿年前,那时候地球无比炽热,而且充满了有毒的气体,生物是无法存活的。大约在40亿年前,光合作用开始产生,从原核生物到真核细胞生物,地球上渐渐出现了绿色的生命体,同时也为地球上的生命世界提供了稳定的能量来源。

距今约9亿年到7亿年前,地球上开始出现多细胞藻类,它们所释放的大量氧气阻挡了紫外线的辐射,并且形成了臭氧层,为之后的植物登陆创造了有利条件。直到约4亿年前,一颗裸蕨植物成功登上陆地,此后的1.4亿年间,地球都被各种蕨类植物所主宰,而且这些蕨类植物中还进化出了最原始的裸子植物和被子植物。另外,由绿藻进化而来的苔藓植物,也逐渐适应了陆地上的生活环境。大约在2.6亿年到1.36亿年前,蕨类植物的优势渐渐被裸子植物所取代。到了1亿年前,地球上的气候发生了变化,之后又出现了几次冰川时期,大多数的裸子植物逐渐消失,取而代之的是被子植物,它们一直繁荣直到现在。

从植物的进化“足迹”可以看出,它们的进化都是从低等到高等、从简单到复杂、从水生到陆生的。我们也可以将植物的进化“足迹”分为五个历程:藻类植物时代、苔藓植物时代、蕨类植物时代、裸子植物时代和被子植物时代。

 

(真核细胞生物)

 

最早“游上岸”的植物你知道吗?18亿年前的地球和现在截然不同,那时候的陆地上并没有任何生命的迹象,可是海洋里却出现了藻类植物。在之后的漫长岁月里,它们一直是地球上的唯一的绿色植物,在植物进化史上被称为“藻类植物时代”。

在约6亿年前,藻类植物充分发展,除了漂浮型藻类,还有在浅海区的固着藻类。这些固着藻类长得比较高大,结构大多呈扁平状或分枝状,能够更好地进行光合作用。由于浅海区的藻类必须适当水位的变化,所以它们渐渐进化成了一类新的植物类群——裸蕨。

那时候北半球的造山运动十分剧烈,陆地逐渐升起,很多浅海区变成了陆地,绝大多数的藻类由于无法适应陆地的环境而灭绝,裸蕨植物却在潮湿的地方幸运地存活下来。由于没有其他的竞争对手,它们发展得空前繁荣,甚至在之后的2亿年间,成为陆地植物的统治者。这一时期也被生物学家称为“裸蕨植物时代”。

自从裸蕨植物成功“游上岸”之后,植物的生活领域也从海洋扩展到了陆地,这是一次革命性的飞跃,不仅进入了一个全新的地理时期,也为之后的动物登陆创造了良好条件。

 

(裸蕨)

 

现代蕨类还能进化吗?自从40亿年前生物出现,地球上的环境就在不断发生着变化,有时候炎热难耐,有时候天寒地冻,甚至沧海变成了桑田,湖泊变成了高山。

在无比残酷的自然选择之下,多数的种类由于无法适应环境的变化而被淘汰了,只有极少部分的种类,由于躯体结构的不断变化而变得适应性强,成了少数的“幸存者”。那么,远古时代就已经出现的蕨类植物为什么能够存活到现在?现代蕨类植物还能够进化吗?

其实,在漫长的进化过程中,低等级的生物是不会完全消失的,也不会进化到结构更为复杂的等级。正因为这样,现今世界上才会存在结构复杂的被子植物和结构简单的单细胞藻类植物。这里有一点必须说明,那就是生物的进化是不可逆的,某些已经进化的植物也不可能再回到祖先的形态。现代蕨类植物虽然和几亿年前的蕨类植物都属于同一个类群,但是它们的构造及器官都不是原先的样子,而且现在的自然条件也不再是当初种子植物出现时的状况,因此,现代蕨类植物不可能再进化成种子植物。

 

(现代蕨类植物)

 

作者:钟 虎

审校:李志洪

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作者: 钟 虎   [责任编辑: 吕芮光]