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有花植物大爆炸——达尔文讨厌之谜有新解
2014-01-10 22:22:17   评论:0 点击:



有花植物迅速演化为5个类群

(化石网/恭乐 编译)佛罗里达大学和得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们对于被达尔文称为“讨厌之谜”的早期被子植物演化问题又有了新的了解。

科学家们报道了有花植物两个最大的类群之间的亲缘关系较之它们与其它主要类群的关系要更近。它们分别是单子叶植物(如禾本科)和真双子叶植物(如向日葵、西红柿等)。

佛罗里达大学植物学教授Doug和自然历史博物馆馆长Pam Soltis提出,有花植物在不到500万年的较短时间内发生了不可思议的分化,产生了现生有花植物的所有5个主要类群。这种迅速的分化常被称为“大爆炸”。

“现生有花植物约有40万种,”Pam Soltis说。“试想一下,产生所有这些植物的生命爆发竟发生在不到500万年内,这是多么令人震惊的事情!特别是当你考虑到,有花植物作为一个类群已经存在了至少1亿三千万年”

佛罗里达大学的文章的第一作者Michael Moore曾是Soltis实验室的博士后,目前在Oberlin学院工作。第四作者Charles Bell也曾是Soltis实验室的博士后,目前在New Orleans大学。

得克萨斯大学奥斯汀分校综合生物学教授Robert Jansen提到,这两篇文章开启了未来有花植物的相关研究。 “如果你对有花植物的演化感兴趣,那么就必须了解它们之间的亲缘关系。”

很早之前,达尔文就意识到,至少占现生绿色植物种类60%的有花植物,在出现后的很短时间内就迅速分化。这个被达尔文称为“讨厌之谜”的问题的细节和原因一直以来都是植物学研究的热点。

“我们很难去了解有花植物主要类群间演化亲缘关系,原因之一就是他们的分异发生在一个较短的时间内。”Jansen说。

为了弄清这个问题,佛罗里达大学和得克萨斯大学的研究者分析了叶绿体染色体组完整的DNA序列,叶绿体是具有光合作用功能的细胞器,为所有绿色植物所共有。

Jansen和他在得克萨斯大学奥斯汀分校的同事分析了64种不同植物叶绿体基因组的81个基因的DNA序列;佛罗里达大学的研究组分析了45种的61个基因。两个研究组对研究结果做了联合的分析,给出了一个包括所有有花植物主要类群的系统演化树。

该项研究还确认了一种独特的植物Amborella,这种植物仅发现于太平洋岛屿New Caledonia,它代表了有花植物最早分化出来的支系。

通过对基因序列的大量排列,研究者逐渐构建了一个系统树——一个反映植物各支系之间亲缘关系的图。系统树显示了地质历史时期不同阶段植物的分化。基于基因突变的速率(分子钟)和已知年代的化石纪录,他们建立了一个揭示被子植物主要支系出现事件的时间尺度。

基于Soltise与其合作者前些年的研究结果。有花植物在约1亿三千万年前出现后,很快分化为三个支系。这个过程是相对渐进的,至少较之此前的那些迅速辐射事件。有花植物辐射的细节长久以来并不清楚为人所知。最新的研究清楚的揭示了这一事件,所有有花植物在相对较短的时间内(50万年或可能更短)分化为5个支系,

“至于分化的原因,目前仍是一个谜。” Pam和Doug Soltis说,“它有可能是在一些主要气候事件的影响下发生的。还有一个可能,新的演化特征——一种水分运输细胞,在运输水分到茎干时具有很高的效率,以至于可能导致了大型植物的分化。这种细胞在前三种植物类群中或不存在或发育不完全,Doug Soltis说。Pam Soltis提到,有花植物普遍具有闭合的子房以更好的保护种子,而最早的有花植物的子房并不是完全闭合的。

这项研究的两篇文章将发表在12月初的美国科学院院报上

背景知识:

有花植物:即被子植物,因为只有被子植物具有包括雄蕊和雌蕊的真正的花。

“讨厌之谜”:当时的化石纪录显示,被子植物各主要门类化石在距今约1.1亿年的白垩纪“突然”出现。但如果再往前追溯,却没有任何被子植物的化石纪录。这样便找不到它们演化的证据,完全违背了达尔文提出的物种是逐渐进化的观点。达尔文在1879年写给Joseph Hooker的信中无奈地将被子植物的起源称为“讨厌之谜”。(化石网/恭乐 编译)


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