有一種非常有意思的現(xiàn)象被稱為“植物失明”，它說的是，盡管陸地植物占到了地球生物量的八成，我們卻會(huì)不由自主地忽視它們。

　　然而，植物的重要性遠(yuǎn)超我們的想象。大約5億多年前，當(dāng)植物首次從淡水藻類進(jìn)化到陸地上時(shí)，它們徹底改變了地球。

　　植物從空氣中吸收二氧化碳，使地球冷卻，它們侵蝕巖石表面，幫助創(chuàng)造出了如今覆蓋了大片陸地的土壤。最終，地球大氣和地表的這些變化為我們所知的生物圈的進(jìn)化鋪平了道路。

　　這些先鋒的陸地植物被認(rèn)為從藻類進(jìn)化而來，它們通常個(gè)頭很小，長得可能像苔蘚一樣。當(dāng)時(shí)，想要在陸地上生存，它們必須克服兩大挑戰(zhàn)：避免干涸，并且承受住太陽刺眼的紫外線。然而最終，植物成功了，也才有了如今這顆生機(jī)勃勃的星球。

　　近日，在西澳大利亞北部坎寧盆地的巖石樣本中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了4.8億年前來自早期陸地植物的孢子化石以及它們祖先的水生藻類的孢子。這是目前發(fā)現(xiàn)的最古老的陸地植物孢子化石。

　　這一發(fā)現(xiàn)為我們提供了新的線索，了解植物何時(shí)何地從水中“走”向了陸地，以及它們是如何生存下來的。研究已于近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

　　對(duì)植物最早在陸地上定居的時(shí)間估計(jì)主要有幾種方式。比如，科學(xué)家可以研究植物的大化石遺骸，也就是一些不需要顯微鏡就可以研究的化石標(biāo)本；他們還能利用不同物種進(jìn)化所需時(shí)間的進(jìn)行推算，就是所謂“分子鐘”數(shù)據(jù)；有時(shí)候，他們還可以從植物孢子的化石記錄中尋找線索。

　　分子鐘的研究表明，植物的陸地定居大約發(fā)生在5.15億年前（寒武紀(jì)）。但陸地植物的第一個(gè)大化石證據(jù)卻晚得多，它來自一種原始維管植物頂囊蕨（Cooksonia）的標(biāo)本，它們生活在4.25億年前左右（中志留世）。

頂囊蕨的藝術(shù)家暢想圖。|圖片來源：Matteo De Stefano/MUSE via Wiki under CC BY-SA

　　這些早期的小型植物并沒有根系或者堅(jiān)硬的木質(zhì)組織，這可能解釋了為什么它們的化石非常罕見。

　　此外，研究人員還可以觀察植物的孢子。孢子是攜帶者遺傳物質(zhì)的簡單生殖單位，它們比種子要簡單得多，而種子是直到很久之后才進(jìn)化出來的。

　　為了成功繁衍后代，陸地植物的孢子壁必須足夠堅(jiān)固，從而抵御干燥的環(huán)境和紫外線輻射的破壞。這些具有保護(hù)作用的孢子壁同樣讓孢子可以在古老的沉積物中保存數(shù)億年。這給科學(xué)家留下了一些線索。他們可以借助強(qiáng)酸從這些沉積物中將孢子化石提取出來，然后在顯微鏡下研究孢子的形狀。

　　在之前的研究中，科學(xué)家已經(jīng)注意到，最早的陸地植物的孢子往往呈現(xiàn)出幾乎規(guī)則的幾何排列，它們通常由兩個(gè)或四個(gè)細(xì)胞組成。

　　而一些更為古老的淡水藻類的孢子則不同，它們常是不規(guī)則形狀的“細(xì)胞團(tuán)”。幾年前，古植物學(xué)家Paul Strother和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，他們找到的一些約5.05億年前的古老孢子很可能來自一類名為輪藻的半水生的淡水藻類。

 

　　石灰?guī)r中保留了輪藻植物微化石。|圖片來源：James St。 John via Flickr under CC BY

　　先前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一些較古老的陸地植物孢子，包括上90年代初于坎寧盆地發(fā)現(xiàn)的約4.4億至4.45億年前的化石，以及2016年發(fā)現(xiàn)的擁有4.6億年歷史的化石。從當(dāng)?shù)氐囊恍┴悮ゎ惢C據(jù)不難看出，這一時(shí)期的坎寧盆地沉積主要來自海洋環(huán)境。

　　在這項(xiàng)新研究中，科學(xué)家繼續(xù)對(duì)這片區(qū)域進(jìn)行探索。2020年，澳大利亞地球科學(xué)局與西澳大利亞地質(zhì)調(diào)查局合作，在盆地的南部鉆井采樣，希望進(jìn)一步了解地下巖石的地質(zhì)情況。

　　研究人員從早奧陶世（4.7億至4.85億年前）的納姆貝特組中提取了巖石樣品后，發(fā)現(xiàn)了具有典型規(guī)則排列的兩個(gè)或四個(gè)細(xì)胞的陸地植物孢子。

　　同時(shí)，他們還檢查了于1958年鉆探出的納姆貝特組原始剖面中的一些植物孢子。這些樣品已經(jīng)被精心制成了玻片，并很好地保留了下來。

　　在這些樣品中，他們發(fā)現(xiàn)了這一時(shí)期更豐富的記錄，一些孢子的形態(tài)具有陸地植物孢子的特征，而還有一些則更類似輪藻這類藻類祖先。

此次研究中發(fā)現(xiàn)的新孢子，在形態(tài)上具有一種“承上啟下”的特點(diǎn)。（寒武系、奧陶系及志留系分別為寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)和志留紀(jì)的對(duì)應(yīng)地層。）|圖片來源：Paul Strother via The Conversation

　　換句話說，陸地植物及其藻類祖先在同一時(shí)期存在于同一片區(qū)域里。研究人員認(rèn)為，這很有可能說明，陸地植物的起源并非一個(gè)單一事件。

　　他們猜想，最早的陸地植物要么是通過“水平基因轉(zhuǎn)移”（細(xì)菌將基因從一個(gè)生物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)生物體內(nèi)）捕獲了祖先藻類基因組的一部分，從而獲得了耐旱以及抵御紫外線傷害的能力，或者，它們可能自行發(fā)展出了具有類似功能的基因，能在陸地上繼續(xù)生存。

　　這些具有約4.8億年歷史的化石，縮小了有關(guān)植物陸地定居的分子鐘估計(jì)和化石證據(jù)之間的時(shí)間差。它們也是目前發(fā)現(xiàn)的最古老的陸地植物的化石證據(jù)。科學(xué)家從中也能看到一條更清晰的進(jìn)化歷程，植物從簡單走向了復(fù)雜。

　　接下來，科學(xué)家希望進(jìn)一步研究，確定寒武紀(jì)晚期和奧陶紀(jì)時(shí)期澳大利亞沉積中出現(xiàn)其他藻類和陸地植物孢子的位置。新的數(shù)據(jù)也有望揭示陸地植物究竟起源于何處。

　　他們相信，化石記錄中還有許多來自遠(yuǎn)古的信息等待我們揭開。

　　#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

　　文字：M?ka

　　#參考來源：

　　https：//theconversation.com/480-million-year-old-fossil-spores-from-western-australia-record-how-ancient-plants-spread-to-land-166016

　　https：//www.the-scientist.com/news-opinion/discovered-fossilized-spores-suggestive-of-early-land-plants-69085

　　https：//cosmosmagazine.com/nature/evolution/plants-evolved-from-alg/

　　#圖片來源：

　　封面來源：Paul Strother