化石揭示早期陆生植物从淡水藻类进化而来

2021年08月27日 11:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

根据研究人员在《科学》杂志上发表的一份新报告,人们可能需要开始对植物进行不同的思考,他们重新审视了孢子状的微化石,其特征挑战了我们对陆地植物进化的传统认识。

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这些微化石是60多年前在澳大利亚采集的岩石样本中发现的,可追溯到大约4.8亿年前的奥陶纪早期,通过调和“分子钟”或进化速度与化石孢子记录(科学家多年来收集的早期植物生命的物理证据),填补了大约2500万年的知识空白。

波士顿学院古植物学家Paul Strother是这份新报告的共同作者,他表示,这种调和支持了一种将植物起源与淡水绿藻(charophyte algae)联系起来的进化-发展模式。“evo-devo”模型提出了对植物随时间演变的更细致的理解,从简单的细胞分裂到最初的胚胎阶段,而不是从一个物种到另一个物种的大跳跃。

“我们发现了一种混合的化石,将更古老、更有问题的孢子状微化石与更年轻的孢子联系起来,这些孢子显然来自陆地植物,”Strother说。“如果我们认为陆地植物的起源是一个涉及胚胎发育进化的长期过程,这有助于使化石孢子记录与‘分子钟’日期保持一致。”

Strother补充说,化石记录保存了植物调节和发育基因组进化“重组”的直接证据。这个过程从植物孢子的进化开始,并导致植物组织、器官以及最终宏观的、完整的植物的起源--也许有点类似于今天生活的苔藓。

Strother说:“当我们把孢子视为陆地植物进化的一个重要组成部分时,在分子测定和化石复原之间的化石记录就不再有差距。如果没有这个缺口,我们对一个全新的进化步骤有了更清晰的认识:从简单的细胞性到复杂的多细胞性。”

Strother表示,因此,研究人员和公众可能需要重新思考他们如何看待陆地植物的起源--生命从水到陆地的关键性进展。

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Strother说:“我们需要放弃将陆地植物的起源视为时间上的一个奇点,而是将化石记录整合到古生代--特别是该时代的寒武纪和泥盆纪之间的数百万年的基因组组装的evo-devo模型中。这需要对有问题的化石进行认真的重新解释,这些化石以前被解释为真菌而不是植物。”

Strother和研究合著者、澳大利亚国立大学的 Clinton Foster开始简单地描述来自一个沉积物的孢子状微化石组合,该沉积物可追溯到奥陶纪早期--大约4.8亿年前。Strother说,这一材料填补了化石孢子记录中大约2500万年的空白,将公认的较年轻的植物孢子与较老的更有问题的形式联系起来。

Strother和 Foster研究了从1958年在西澳大利亚北部钻探的一个岩芯中提取的化石孢子群。这些微化石的细胞壁由高抗性的有机化合物组成,可以在结构上经受住掩埋和岩化。在波士顿学院以及澳大利亚国立大学地球科学研究学院,用标准的光学光镜对它们进行了研究。

Strother说:“我们使用从岩石钻芯中提取的化石孢子来构建植物的进化史,追溯到植物从其藻类祖先开始的时候。我们对这些岩石样本有独立的年龄控制,因此我们通过观察随着时间推移发生的孢子种类的变化来研究进化。”

分子生物学家还通过使用来自活体植物的基因来观察进化历史,用“分子钟”来估计植物起源的时间--这是一种基于突变在一个物种基因组中积累的平均速度的进化分歧的测量。

然而,Strother说,直接的化石数据和“分子钟”日期之间存在巨大的差异,可达数千万年。此外,在最古老的孢子和实际的整株植物首次出现时也有类似的时间差距。Strother表示,这些差距导致了关于最早的陆地植物的"失踪化石记录"的假说。

Strother说:“我们的工作试图通过将化石孢子记录整合到一个植物起源于藻类祖先的进化发展模型中来解决其中的一些问题。”

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