云南學(xué)者通過2.5億年前化石揭示植物“睡覺”起源機(jī)制

圖為馮卓團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的兩種大羽羊齒類植物化石　云南大學(xué)古生物研究院供圖

　　中新網(wǎng)昆明2月16日電 (陳靜)記者16日從云南大學(xué)古生物研究院獲悉，馮卓團(tuán)隊(duì)利用一種獨(dú)特的昆蟲咬蝕結(jié)構(gòu)巧妙證實(shí)了化石植物存在感夜性(葉片白天展開，夜晚合攏或下垂)，把植物感夜性的起源時(shí)間推到了2.5億年前，并提出植物葉片的“睡眠運(yùn)動(dòng)”可能在不同植物支系中存在多次獨(dú)立起源，代表了一種趨同演化的結(jié)果。

　　有些植物擁有一種神奇的能力，即它們的葉片在白天展開，而在夜晚合攏或下垂，被稱為植物感夜性(nyctinasty)。1880年，查爾斯·達(dá)爾文(Charles Darwin)在其巨著《植物的運(yùn)動(dòng)本領(lǐng)》(The Power of Movement in Plants)一書中，形象地稱這種現(xiàn)象為“植物的睡眠運(yùn)動(dòng)”。然而，由于缺乏化石證據(jù)，人們至今對(duì)葉片“睡覺”習(xí)性的起源與演化歷程知之甚少。

圖為現(xiàn)生植物葉片在夜晚合攏后被咬出的“蟲眼” 云南大學(xué)古生物研究院供圖

　　馮卓團(tuán)隊(duì)在采集于云南曲靖2.5億年前的兩種大羽羊齒類植物(單網(wǎng)羊齒屬Gigantonoclea)葉片上發(fā)現(xiàn)一種對(duì)稱排列在葉片中脈兩側(cè)的昆蟲咬蝕結(jié)構(gòu)。而中脈兩側(cè)的咬蝕結(jié)構(gòu)在形態(tài)和大小方面呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性差異，即越靠近中脈或越靠近葉片基部時(shí)，中脈兩側(cè)的咬蝕結(jié)構(gòu)形態(tài)、大小差異越大。通過與現(xiàn)生植物的廣泛對(duì)比研究，馮卓等發(fā)現(xiàn)化石昆蟲咬蝕結(jié)構(gòu)與感夜性植物葉片合攏時(shí)被昆蟲取食留下的結(jié)構(gòu)一致，因此提出大羽羊齒類葉片上的昆蟲咬蝕結(jié)構(gòu)是其沿中脈合攏時(shí)形成的，即證實(shí)了該化石葉片具有感夜性運(yùn)動(dòng)。

　　目前，最早的被子植物化石出現(xiàn)于1.2億年前的白堊紀(jì)早期，而馮卓等前期研究表明，大羽羊齒類植物在2.5億年前的二疊紀(jì)末生物大滅絕事件發(fā)生后就完全滅絕了。被子植物出現(xiàn)與大羽羊齒植物滅絕之間存在著近1.3億年的時(shí)間鴻溝，表明兩類植物之間或不存在任何親緣關(guān)系。在今天的植物界，除了蕨類植物中存在一例可靠報(bào)道外，感夜性現(xiàn)象全部出現(xiàn)于被子植物，尤以豆科和酢漿草科植物最為普遍，而在其他植物類群中尚未有確信發(fā)現(xiàn)。因此，馮卓等提出植物葉片的“睡眠運(yùn)動(dòng)”可能在不同植物支系中存在多次獨(dú)立起源，代表了一種趨同演化的結(jié)果。

　　該研究以“化石葉片上特殊的昆蟲取食揭示了感夜性的趨同性起源”(Specialized herbivory in fossil leaves reveals convergent origins of nyctinasty)為題，于2023年2月16日在線發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《當(dāng)代生物學(xué)》(Current Biology)。云南大學(xué)植物古生態(tài)團(tuán)隊(duì)帶頭人馮卓為論文的第一兼唯一通訊作者。研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、第二次青藏科考、云南省“云嶺學(xué)者”專項(xiàng)、云南大學(xué)等項(xiàng)目資助。(完)