距今4.3億至3.6億年前，早期陸地維管植物屬種多樣性及表型復(fù)雜程度急劇增高。這一過程被稱為“植物登陸”。“植物登陸”奠定了陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，堪比海洋生物的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”。在此期間，早期維管植物相繼演化出一系列關(guān)鍵性狀。目前，學(xué)術(shù)界對早期維管植物生活史策略的探討甚少。
工蕨類是早期維管植物的優(yōu)勢和代表類群。豐富的化石記錄使得工蕨類成為研究早期植物生活史策略的重要材料。
近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所助理研究員黃璞聯(lián)合國內(nèi)多位學(xué)者，報道了產(chǎn)自貴州下泥盆統(tǒng)蟒山群的工蕨屬新種——包陽工蕨（Zosterophyllum baoyangense），并通過分析志留紀(jì)晚期至早泥盆世（距今約4.3億年至3.9億年前）全球工蕨類的多維形態(tài)特征數(shù)據(jù)，揭示了工蕨類的生活史策略分化規(guī)律。相關(guān)研究成果發(fā)表在《英國皇家學(xué)會會刊B輯》（Proceedings of the Royal Society B）上。
此次在貴州省都勻市包陽村附近發(fā)現(xiàn)的包陽工蕨的形態(tài)特征區(qū)別于之前報道的工蕨屬植物。其中，最引人矚目是該植物株高僅約45毫米，孢子囊穗長僅5.8毫米至10.8毫米。包陽工蕨“袖珍”的體形和“迷你”孢子囊穗極為獨(dú)特，處于早期維管植物體形大小的下限。這樣“迷你”的形態(tài)使得科研人員對早期維管植物的營養(yǎng)-繁殖器官進(jìn)行思考。
該研究分析了距今4.3億至3.9億年前全球工蕨類的多維形態(tài)特征數(shù)據(jù)，如工蕨屬以及工蕨類的莖軸保存長度、寬度，孢子囊穗及孢子囊大小、數(shù)量等。為衡量化石植物的繁殖投入總量，研究提出了孢子囊總?cè)菁{空間（TSA）這一新指標(biāo)。
該研究通過對數(shù)據(jù)庫中35個工蕨屬、51個其他工蕨類植物進(jìn)行形態(tài)特征數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，工蕨屬莖軸的保存高度和寬度自志留紀(jì)逐步增大，至早泥盆世達(dá)到最大；TSA值和孢子囊尺寸顯示了相似模式。至早泥盆世，工蕨屬在營養(yǎng)器官和繁殖器官方面均表現(xiàn)出巨大分異，如澳大利亞工蕨的TSA值達(dá)133.8mm3至211.1mm3，而同時期保存的包陽工蕨的TSA值僅為4.3mm3至16.8mm3。研究顯示，在更廣泛的單系類群如石松亞門或工蕨綱中，其莖軸寬度、TSA等性狀表現(xiàn)出相似的演化趨勢。
研究分析發(fā)現(xiàn)，早泥盆世工蕨類體現(xiàn)出的形態(tài)分異代表兩類不同的生活史策略。一類以包陽工蕨為代表，它們個體矮小，TSA較小，營養(yǎng)投入和繁殖投入均較少，推測壽命較短且在短時間內(nèi)迅速完成整個生命周期，可適應(yīng)于動蕩環(huán)境。而另一類以澳大利亞工蕨為代表，個體高大，TSA較大，無論是營養(yǎng)投入還是繁殖投入均較多，可能更適宜于穩(wěn)定的環(huán)境。
研究認(rèn)為，正是由于趨異演化出多樣的生活史策略，工蕨類才得以蓬勃發(fā)展，在早泥盆世取代了以萊尼蕨類和隱孢子植物為主導(dǎo)的植物群，成為早泥盆世植物群中的優(yōu)勢類群。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接
包陽工蕨化石圖片
早泥盆世植物群落（前景為包陽工蕨，后景為澳大利亞工蕨等其他植物）
本文鏈接：迄今最小工蕨屬植物揭示工蕨類的生活史策略分化http://m.sq15.cn/show-12-650-0.html
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