在进化史上最重要的事件之一发生在约5亿年前，当时植物生命从水中蔓延到陆地。为了在这种新环境中茁壮成长，植物的根系必须进化，以向下生长，遵循重力的方向，主要有两大目的：固定在土壤中，并为地面上的植物部分提供水和营养。这种机制被称为向地性，已在如拟南芥等开花植物中得到了广泛研究。然而，它从未在整个植物界中系统地比较过，其进化起源仍是一个谜。
现在，张宇舟博士在弗里姆尔教授的团队中，和他的团队已经获得了关于根系向地性如何以及何时进化的更广泛的视角。研究人员选择了代表苔藓、石松（石松和石松）、蕨类、裸子植物（针叶树）和开花植物的多种植物物种，并让它们的根水平生长，观察它们是否以及何时开始向下弯曲以跟随重力。结果表明，重力驱动的根系生长在最原始的陆生植物（苔藓）以及基部维管植物（石松和蕨类）中非常原始和缓慢。
只有种子植物（裸子植物和开花植物），它们大约在3.5亿年前首次出现，显示出更快、因此更有效的向地性形式。
但哪个进化步骤使种子植物能够实现这种快速有效的根系向地性呢？通过分析向地性的不同阶段——重力感知、向地性信号的传递，以及最终的生长反应，研究人员发现了两个关键组成部分，它们是同步进化的。
第一个是解剖学特征：被称为淀粉体的植物细胞器——密集地充满了淀粉颗粒——在重力作用下沉积，并以此作为重力传感器。然而，这种沉积过程仅在裸子植物和开花植物中观察到，淀粉体最终高度集中在根尖的底部。相比之下，在早期植物中，淀粉体在根尖内和上方随机分布，因此不像在种子植物中那样作为重力传感器。
在通过淀粉体感知后，重力信号通过生长激素生长素进一步从细胞传递到细胞。
在遗传实验中，研究人员在模型植物拟南芥中鉴定出一种特定的转运蛋白分子PIN2，它引导生长素流动，从而引导根系生长。虽然几乎所有绿色植物都携带PIN蛋白，但只有种子植物中的特定PIN2分子在根表皮细胞的向地侧聚集。这种特定的定位——仅限于种子植物——导致转运蛋白细胞的极化，从而使根系能够将生长素向地上部分运输，因此生长素信号可以从重力感知的地方移动到生长调控的区域。
随着这两个解剖学和功能成分的确定，作者对根系向地性的进化有了宝贵的见解，这是种子植物适应陆地的关键适应之一。但这些发现甚至有实际意义：“既然我们已经开始了理解植物需要什么来稳定地固定生长，以便在土壤深层获取养分和水分，我们最终可能能够找出在非常干旱的地区改善作物和其他植物生长的方法，”张宇舟博士说，他于2016年加入IST奥地利。
他补充说：“自然比我们聪明得多；我们可以从植物中学到很多东西，最终对我们有益。”