为什么会光合作用的海带不是植物?

作者: 刘夙

来源: 果壳

发布日期: 2019-09-03

本文通过刘夙的演讲,详细解释了为什么海带虽然能进行光合作用,但不被归类为植物。文章探讨了生物分类学的历史、现代分子研究对分类学的影响,以及生物演化的复杂性。

“门纲目科属种”,当初在生物课上背得滚瓜烂熟的分类系统如今依然是分类学领域的重要框架。近几十年来的最新分子研究能否为分类学带来更多的可能性?分类学上如何梳理例如杂交品种这类复杂的关系?上海辰山植物园高级工程师,科普作家刘夙将和大家分享《为什么会光合作用的海带不是植物?》。

我是刘夙,在上海辰山植物园工作。我的本职是做科普,同时我也从事植物分类的研究。

在我的研究中,面临的一个核心问题就是:什么是植物?可能大家会觉得,这还不好说吗?能动的是动物,不能动的就是植物——大部分植物都不能够以人明显察觉的速率运动。或许你还知道另一条标准:很多植物能够进行光合作用。植物能利用光能把水和二氧化碳化合成糖类和氧气,也因此成为地球生物圈里非常重要的组成部分。但并不是所有不会动的生物都能够进行光合作用,比如蘑菇和木耳就不行。

这种二分法把地球上的所有的生物分成动物和植物,看上去有点简单粗暴,但很实用。心理学家甚至发现,几乎世界上所有的族群都会这样划分,可能是人类的一种先天心理。

我们现在有一种观念,觉得人工的东西不好。比如,人工添加剂就不好。科学方面,我们也有类似的意识,要追求一种自然而非人为的分类。什么叫自然的分类呢?19世纪达尔文提出基于自然选择的演化论之后,这个问题算是有了一个明确的回答:一定要把某种生物祖先的所有后代都包括在内。也就是说,必须要确切地梳理生物演化的情况。

追求自然的分类,说起来轻巧,实际做起来也没那么容易。直到最近几十年,我们掌握了分子生物学的方法(测DNA、RNA序列,然后进行对比),才终于能够比较准确地复原真实的演化关系。之后,很多传统的分类都被推翻了。我从去年开始,参与了江西农业大学李波老师主持的一项植物分类研究,在今年发表了有花植物的一个新科——美丽桐科,以分子研究为主要证据。

根据我所总结的一直到去年年底为止的文献资料,地球的生物从最早的共同祖先开始,首先演化分化出了细菌域和古菌域。在细菌域里面,值得一提的是蓝藻:它能够进行光合作用,但实际上跟细菌更为接近,所以也被称为蓝细菌。后来,古菌域里涌现出了具有真正细胞核的真核生物。不过,它到底是怎么出现的,到现在还有争议。但不论怎样,真核生物自出现就经历了一个相当复杂的演化。

真核生物在很早的时候,还分化出一支非常重要的类群,多貌生物。其中的一支的祖先(当时还是异养的单细胞生物),在大约16亿年前发生了一个非常重要的事件:它吞了一个能进行光合作用的蓝菌,但并没有把它消化掉,而是在体内养了起来。然后它们就形成了一个互惠共生的关系——蓝菌通过光合作用制造养分供给真核细胞,真核细胞为蓝菌提供安全的生活环境。如此,演化出了红藻、灰藻、绿色植物、隐藻等类群。

久而久之,吞下去的蓝菌变成了叶绿体,整个共生体变成了植物。这也是今天国际上比较主流的植物定义。

所以,现在你可能会明白为什么海带不是植物了。尽管它不能动,也能进行光合作用,但是我们通过分子的方法发现它的祖先很早就跟植物分开了——这就是利用分子方法构建的演化树所为我们揭示的最新生物演化的图景。

但我想说的是,我们做生物分类,更主要不是为了追求非常实际的用途,而是希望了解生物演化本身——希望能够揭示自然的奥妙,知道生物是怎么来的,从而知道人类在世界中的位置。有一位非常有名的演化生物学家多布然斯基就说了一句非常好的话:“若无演化之光,则生物学的一切都无意义”。我们正是因为有了演化论,有了在其基础上构建的一系列方法,才能够把生物的演化探究得如此详尽。

我觉得这些知识本身就是美好的,所以我愿意把它分享给大家。谢谢大家!

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