地球與空間科學(xué)學(xué)院薛進(jìn)莊等在古生代葉片形態(tài)演化方面取得重要進(jìn)展

時(shí)間：2015-06-15 14:42  作者：  來(lái)源：地球與空間科學(xué)學(xué)院

維管植物在古生代進(jìn)軍陸地，從微小的、厘米級(jí)的無(wú)葉草本演化出豐富多彩的形態(tài)構(gòu)型，包括高達(dá)幾十米的喬木。葉片作為植物與外部環(huán)境的媒介，對(duì)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(xué)循環(huán)起著至關(guān)重要的作用。葉片形態(tài)的多樣性是現(xiàn)今地球上25萬(wàn)多種維管植物的最顯著特征，然而在“綠化陸地”這一過(guò)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(guān)系是什么？這些問(wèn)題充滿著困惑，吸引著進(jìn)化生物學(xué)家極大的關(guān)注和孜孜不倦的探索。

近日，地球與空間科學(xué)學(xué)院副教授薛進(jìn)莊等與國(guó)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(jìn)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(xué)領(lǐng)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(fù)葉，并分別以96個(gè)、103個(gè)性狀特征對(duì)其進(jìn)行編碼，建立了多維形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)集。通過(guò)研究數(shù)據(jù)點(diǎn)在多維形態(tài)空間（morphospace）的分布特征和模式，對(duì)葉片的形態(tài)變異度（morphological disparity）進(jìn)行定量估算，計(jì)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(biāo)，分析了葉片變異度與植物屬種豐富度之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

研究表明，在維管植物演化的第一階段（泥盆紀(jì)至石炭紀(jì)早期），植物進(jìn)軍至未飽和的、低競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的陸地環(huán)境，單葉的變異度初步增加，復(fù)葉的變異度在石炭紀(jì)達(dá)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(jì)晚期至二疊紀(jì)），單葉的變異度進(jìn)一步擴(kuò)大，復(fù)葉的變異度維持動(dòng)態(tài)平衡。此過(guò)程伴隨著濕地群落在華南的逐漸恢復(fù)和繁盛，木賊類(lèi)、大羽羊齒以及松柏、銀杏、蘇鐵等現(xiàn)代類(lèi)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(duì)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?cè)谏鷳B(tài)空間（ecospace）的演化聯(lián)系了起來(lái)，為進(jìn)化生物學(xué)、生態(tài)學(xué)研究提供了新的思路。

地空學(xué)院薛進(jìn)莊副教授、郝守剛教授為本文的通訊作者，國(guó)內(nèi)外多位同事參與了該項(xiàng)工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（41272018）和國(guó)家科技部973項(xiàng)目的支持。