地球與空間科學學院薛進莊等在古生代葉片形態演化方面取得重要進展

時間：2015-06-15 14:42  作者🏢：  來源🧑🏻‍🦱：地球與空間科學學院

維管植物在古生代進軍陸地🌦，從微小的、厘米級的無葉草本演化出豐富多彩的形態構型，包括高達幾十米的喬木。葉片作為植物與外部環境的媒介🚵🏼‍♀️，對植物生理、發育的演化以及陸地生態系統、食物鏈、生物地球化學循環起著至關重要的作用。葉片形態的多樣性是現今地球上25萬多種維管植物的最顯著特征，然而在“綠化陸地”這一過程中，葉片的形態是如何多樣化的？葉片的演化與地球環境與氣候變化的關系是什麽🧑🏽‍🦰？這些問題充滿著困惑，吸引著進化生物學家極大的關註和孜孜不倦的探索。

近日，地球與空間科學學院副教授薛進莊等與國內外同行協力合作，在古生代葉片形態演化方面取得了重要進展👨🏻‍🍳，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）為題發表於地球科學領域的重要期刊Earth-Science Reviews（近五年影響因子為8.95）。

課題組利用華南地區完善、連續的古生代維管植物的化石記錄🌲，選擇95種單葉、218種復葉，並分別以96個🤽‍♀️、103個性狀特征對其進行編碼，建立了多維形態學數據集。通過研究數據點在多維形態空間（morphospace）的分布特征和模式，對葉片的形態變異度（morphological disparity）進行定量估算，計算出葉片形態變異的範圍總和🤲🏻、方差總和、平均不相似度等變異度指標，分析了葉片變異度與植物屬種豐富度之間的動態關系。

研究表明🏝，在維管植物演化的第一階段（泥盆紀至石炭紀早期）😕👳🏼‍♂️，植物進軍至未飽和的、低競爭強度的陸地環境，單葉的變異度初步增加🧑🏼‍🎓，復葉的變異度在石炭紀達到峰值，期間植物的維管系統🔶、生殖結構急劇分化，灌木🧞‍♂️、藤本、草本、喬木等各種構型出現。在維管植物演化的第二階段（石炭紀晚期至二疊紀），單葉的變異度進一步擴大🧛🏿，復葉的變異度維持動態平衡。此過程伴隨著濕地群落在華南的逐漸恢復和繁盛👨🏽‍⚕️，木賊類、大羽羊齒以及松柏、銀杏、蘇鐵等現代類群的古老祖先在華南出現🙇🏿‍♀️。論文還全面探討了大氣二氧化碳濃度、生物地理分區對葉片變異度的影響🧑🏻‍🦼。這一研究工作將植物在形態空間（morphospace）的分布與它們在生態空間（ecospace）的演化聯系了起來，為進化生物學、生態學研究提供了新的思路。

地空學院薛進莊副教授🫃🏿、郝守剛教授為本文的通訊作者，國內外多位同事參與了該項工作。該研究得到國家自然科學基金（41272018）和國家科技部973項目的支持。