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地球与空间科学学院薛进庄等在古生代叶片形态演化方面取得重要进展

时间:2015-06-15 14:42  作者:  来源:地球与空间科学学院

维管植物在古生代进军陆地,从微小的、厘米级的无叶草本演化出丰富多彩的形态构型,包括高达几十米的乔木。叶片作为植物与外部环境的媒介,对植物生理、发育的演化以及陆地生态系统、食物链、生物地球化学循环起着至关重要的作用。叶片形态的多样性是现今地球上25万多种维管植物的最显著特征,然而在“绿化陆地”这一过程中,叶片的形态是如何多样化的?叶片的演化与地球环境与气候变化的关系是什么?这些问题充满着困惑,吸引着进化生物学家极大的关注和孜孜不倦的探索。

近日,地球与空间科学学院副教授薛进庄等与国内外同行协力合作,在古生代叶片形态演化方面取得了重要进展,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)为题发表于地球科学领域的重要期刊Earth-Science Reviews(近五年影响因子为8.95)。

课题组利用华南地区完善、连续的古生代维管植物的化石记录,选择95种单叶、218种复叶,并分别以96个、103个性状特征对其进行编码,建立了多维形态学数据集。通过研究数据点在多维形态空间(morphospace)的分布特征和模式,对叶片的形态变异度(morphological disparity)进行定量估算,计算出叶片形态变异的范围总和、方差总和、平均不相似度等变异度指标,分析了叶片变异度与植物属种丰富度之间的动态关系。


 
古生代的维管植物、古地理格局与大气二氧化碳浓度变化

研究表明,在维管植物演化的第一阶段(泥盆纪至石炭纪早期),植物进军至未饱和的、低竞争强度的陆地环境,单叶的变异度初步增加,复叶的变异度在石炭纪达到峰值,期间植物的维管系统、生殖结构急剧分化,灌木、藤本、草本、乔木等各种构型出现。在维管植物演化的第二阶段(石炭纪晚期至二叠纪),单叶的变异度进一步扩大,复叶的变异度维持动态平衡。此过程伴随着湿地群落在华南的逐渐恢复和繁盛,木贼类、大羽羊齿以及松柏、银杏、苏铁等现代类群的古老祖先在华南出现。论文还全面探讨了大气二氧化碳浓度、生物地理分区对叶片变异度的影响。这一研究工作将植物在形态空间(morphospace)的分布与它们在生态空间(ecospace)的演化联系了起来,为进化生物学、生态学研究提供了新的思路。

地空学院薛进庄副教授、郝守刚教授为本文的通讯作者,国内外多位同事参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金(41272018)和国家科技部973项目的支持。

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