地球與空間科學學院薛進莊等在古生代葉片形態(tài)演化方面取得重要進展

時間：2015-06-15 14:42  作者：  來源：地球與空間科學學院

維管植物在古生代進軍陸地，從微小的、厘米級的無葉草本演化出豐富多彩的形態(tài)構(gòu)型，包括高達幾十米的喬木。葉片作為植物與外部環(huán)境的媒介，對植物生理、發(fā)育的演化以及陸地生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈、生物地球化學循環(huán)起著至關重要的作用。葉片形態(tài)的多樣性是現(xiàn)今地球上25萬多種維管植物的最顯著特征，然而在“綠化陸地”這一過程中，葉片的形態(tài)是如何多樣化的？葉片的演化與地球環(huán)境與氣候變化的關系是什么？這些問題充滿著困惑，吸引著進化生物學家極大的關注和孜孜不倦的探索。

近日，地球與空間科學學院副教授薛進莊等與國內(nèi)外同行協(xié)力合作，在古生代葉片形態(tài)演化方面取得了重要進展，研究成果以“Stepwise evolution of Paleozoic tracheophytes from South China: Contrasting leaf disparity and taxic diversity”（Earth-Science Reviews,2015,148:77–93）為題發(fā)表于地球科學領域的重要期刊Earth-Science Reviews（近五年影響因子為8.95）。

課題組利用華南地區(qū)完善、連續(xù)的古生代維管植物的化石記錄，選擇95種單葉、218種復葉，并分別以96個、103個性狀特征對其進行編碼，建立了多維形態(tài)學數(shù)據(jù)集。通過研究數(shù)據(jù)點在多維形態(tài)空間（morphospace）的分布特征和模式，對葉片的形態(tài)變異度（morphological disparity）進行定量估算，計算出葉片形態(tài)變異的范圍總和、方差總和、平均不相似度等變異度指標，分析了葉片變異度與植物屬種豐富度之間的動態(tài)關系。

研究表明，在維管植物演化的第一階段（泥盆紀至石炭紀早期），植物進軍至未飽和的、低競爭強度的陸地環(huán)境，單葉的變異度初步增加，復葉的變異度在石炭紀達到峰值，期間植物的維管系統(tǒng)、生殖結(jié)構(gòu)急劇分化，灌木、藤本、草本、喬木等各種構(gòu)型出現(xiàn)。在維管植物演化的第二階段（石炭紀晚期至二疊紀），單葉的變異度進一步擴大，復葉的變異度維持動態(tài)平衡。此過程伴隨著濕地群落在華南的逐漸恢復和繁盛，木賊類、大羽羊齒以及松柏、銀杏、蘇鐵等現(xiàn)代類群的古老祖先在華南出現(xiàn)。論文還全面探討了大氣二氧化碳濃度、生物地理分區(qū)對葉片變異度的影響。這一研究工作將植物在形態(tài)空間（morphospace）的分布與它們在生態(tài)空間（ecospace）的演化聯(lián)系了起來，為進化生物學、生態(tài)學研究提供了新的思路。

地空學院薛進莊副教授、郝守剛教授為本文的通訊作者，國內(nèi)外多位同事參與了該項工作。該研究得到國家自然科學基金（41272018）和國家科技部973項目的支持。