握住科學鑰匙 打開科學之門

首頁 > 正文

植物進化樹:億萬年的植物“族譜”

2017-03-15 13:50  來源: 科普中國-科學原理一點通

人類家族有自己的族譜,植物大家族也有自己的族譜。人類族譜主要記載了一個以血緣關係為主體的家族世代繁衍的歷程,以及重要的人物和事跡;植物“族譜”卻是一棵“進化樹”,主要記載了植物大家族的各個類群,以及它們之間存在的關係。

認識植物進化樹植物進化樹是什麼?科學家在對化石資料進行研究整理之後,結合不同植物體的結構特徵,推斷出它們之間的親緣關係,然後畫出了樹形圖,這便是植物進化樹。

距今約40億年前,世界上出現了最早的生物,它們只是最簡單的細菌、藍藻等原核生物。一部分含有色素的細菌以及藍藻依靠日光制造養料,然後將大量的氧氣釋放在大氣中,逐漸改變了大氣的結構及性質,為生物的繁榮發展打好了基礎。距今約15億年到14億年前,世界上具有真核細胞的生物出現了,它們便是生活在水中的鞭毛蟲。之後它們又朝著三個方向進化,一是可進行光合作用的植物界;二是吞食營養物質的動物界;三是依靠吸收營養物質的菌物界。

在生物學中,用植物進化樹來表示不同植物之間的進化關係。生物學家根據各類植物的親緣關係的遠近,將它們安放在有分枝的樹狀圖表上,方便人們一目了然地看到植物的進化歷程以及它們的親緣關係。

 

(植物進化樹)

 

植物進化的“足跡” 植物被稱為世界生物的先鋒,因為它們具有十分獨特的光合作用的能力,這和其他生物有著明顯的不同。如今,地球上生活著超過50萬種的植物,這些形形色色的植物是從何而來的呢?

我們的地球大約誕生在46億年前,那時候地球無比熾熱,而且充滿了有毒的氣體,生物是無法存活的。大約在40億年前,光合作用開始産生,從原核生物到真核細胞生物,地球上漸漸出現了綠色的生命體,同時也為地球上的生命世界提供了穩定的能量來源。

距今約9億年到7億年前,地球上開始出現多細胞藻類,它們所釋放的大量氧氣阻擋了紫外線的輻射,並且形成了臭氧層,為之後的植物登陸創造了有利條件。直到約4億年前,一顆裸蕨植物成功登上陸地,此後的1.4億年間,地球都被各種蕨類植物所主宰,而且這些蕨類植物中還進化出了最原始的裸子植物和被子植物。另外,由綠藻進化而來的苔蘚植物,也逐漸適應了陸地上的生活環境。大約在2.6億年到1.36億年前,蕨類植物的優勢漸漸被裸子植物所取代。到了1億年前,地球上的氣候發生了變化,之後又出現了幾次冰川時期,大多數的裸子植物逐漸消失,取而代之的是被子植物,它們一直繁榮直到現在。

從植物的進化“足跡”可以看出,它們的進化都是從低等到高等、從簡單到復雜、從水生到陸生的。我們也可以將植物的進化“足跡”分為五個歷程:藻類植物時代、苔蘚植物時代、蕨類植物時代、裸子植物時代和被子植物時代。

 

(真核細胞生物)

 

最早“遊上岸”的植物你知道嗎?18億年前的地球和現在截然不同,那時候的陸地上並沒有任何生命的跡象,可是海洋裏卻出現了藻類植物。在之後的漫長歲月裏,它們一直是地球上的唯一的綠色植物,在植物進化史上被稱為“藻類植物時代”。

在約6億年前,藻類植物充分發展,除了漂浮型藻類,還有在淺海區的固著藻類。這些固著藻類長得比較高大,結構大多呈扁平狀或分枝狀,能夠更好地進行光合作用。由于淺海區的藻類必須適當水位的變化,所以它們漸漸進化成了一類新的植物類群——裸蕨。

那時候北半球的造山運動十分劇烈,陸地逐漸升起,很多淺海區變成了陸地,絕大多數的藻類由于無法適應陸地的環境而滅絕,裸蕨植物卻在潮濕的地方幸運地存活下來。由于沒有其他的競爭對手,它們發展得空前繁榮,甚至在之後的2億年間,成為陸地植物的統治者。這一時期也被生物學家稱為“裸蕨植物時代”。

自從裸蕨植物成功“遊上岸”之後,植物的生活領域也從海洋擴展到了陸地,這是一次革命性的飛躍,不僅進入了一個全新的地理時期,也為之後的動物登陸創造了良好條件。

 

(裸蕨)

 

現代蕨類還能進化嗎?自從40億年前生物出現,地球上的環境就在不斷發生著變化,有時候炎熱難耐,有時候天寒地凍,甚至滄海變成了桑田,湖泊變成了高山。

在無比殘酷的自然選擇之下,多數的種類由于無法適應環境的變化而被淘汰了,只有極少部分的種類,由于軀體結構的不斷變化而變得適應性強,成了少數的“幸存者”。那麼,遠古時代就已經出現的蕨類植物為什麼能夠存活到現在?現代蕨類植物還能夠進化嗎?

其實,在漫長的進化過程中,低等級的生物是不會完全消失的,也不會進化到結構更為復雜的等級。正因為這樣,現今世界上才會存在結構復雜的被子植物和結構簡單的單細胞藻類植物。這裏有一點必須説明,那就是生物的進化是不可逆的,某些已經進化的植物也不可能再回到祖先的形態。現代蕨類植物雖然和幾億年前的蕨類植物都屬于同一個類群,但是它們的構造及器官都不是原先的樣子,而且現在的自然條件也不再是當初種子植物出現時的狀況,因此,現代蕨類植物不可能再進化成種子植物。

 

(現代蕨類植物)

 

作者:鐘 虎

審校:李志洪

本作品為“科普中國-科學原理一點通”原創 轉載時務請注明出處

 

作者: 鐘 虎   [責任編輯: 呂芮光]