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被子植物在竞争中胜出之谜被破解

[日期：2009-12-31] 来源：科学时报作者：群芳发表评论(0)打印

更多叶脉能使植物更好地进行光合作用

　　作为占据陆地植被96%以及拥有几十万物种的大家族，开花植物无疑是地球上最成功的陆生植物。那么兰花、雏菊和它们的同伴究竟是如何拥有这一统治地位的呢？研究人员一直将这一功劳记在了这些植物盛开的花朵上，后者吸引昆虫和其他动物来帮助自身繁殖与传播。然而两位植物生物学家相信，这项荣誉其实应该归叶片所有。更多的叶脉使得植物能够更好地进行光合作用，研究人员报告说，这最终让被子植物在这场竞争中笑到了最后。

互叶梅(一种早期被子植物)的叶脉非常稀少(左一)，但是它们的密度却会随着时间的流逝而增加，如现代的豆类植物(右一)则具有很高的叶脉密度。(图片提供:Timothy Brodribb)

　　据美国《科学》杂志在线新闻报道，澳大利亚塔斯马尼亚大学的水力生理学家Timothy Brodribb与美国诺克斯维尔市田纳西大学的Taylor Feild，之前曾研究过叶片传输水的过程。他们注意到，与晚期的被子植物相比，早期被子植物的叶片中似乎仅仅包含了较少的叶脉。Brodribb回忆说：“这一不同寻常的对比结果让我们很震惊。”

　　他们的研究表明，叶脉的密度对于植物进行光合作用的能力是非常重要的。为了生长，植物必须通过叶片上名为气孔的阀门来吸收二氧化碳。而当气孔张开时，植物体内的水分便会流失，因此植物只有更有效地输送水分以补充流失的湿气，才能够打开更多的气孔以吸收二氧化碳。研究人员于是便寻思，每个叶片上进化出更多叶脉是否为被子植物的扩张和传播奠定了基础？

　　经过6年时间对13个国家进行的野外考察，两位研究人员对504种开花植物和225种其他植物——包括166种已经灭绝的物种——的叶脉进行了分析，旨在搞清叶脉模式随着时间流逝而呈现的发展趋势。此外，他们还调查了水分和二氧化碳在35种开花及不开花植物叶片中的交换情况。

　　Brodribb表示：“叶脉的转化证据是非常明显的。”较早期的被子植物具有叶脉较少的单叶形式。但是大约在距今1亿年前，新的被子植物进化出了2倍、3倍，直至最终10倍数量的叶脉。研究人员最近在《生态学快报》网络版上报告了这一研究成果。

　　根据研究人员提出的植物生理学模型，3倍的叶脉密度将使植物的光合能力增加两倍。Brodribb和Feild认为，更多的光合作用意味着植物生长所需更多的碳。而这最终使得被子植物在1.5亿年前逐渐把包括针叶树在内的竞争者赶下了“统治者的宝座”，并让被子植物成为地球上最高产的陆生植物。研究人员认为，被子植物的花在植物多样性方面扮演了重要角色，但正是叶脉使得这些植物变得如此丰富。

　　美国大学公园城宾夕法尼亚州立大学的古植物学家Peter Wilf表示：“叶脉密度的重要性从未像现在这般清晰。”他说，“这项研究成果为搞清与其他植物相比，被子植物为什么、何时以及如何进化出更高效的光合作用提供了第一个定量的、生理学上的以及系统发育的架构。”加利福尼亚大学洛杉矶分校植物生理学家、生态学家Lawren Sack强调，这篇论文很可能具有非常重要的影响，从而使得古生物学家能够更好地评估远古化石的光合作用水平。

编辑：Aggie | 阅读：次

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