植物世界的“美好”常常伴随着“伤害”。玫瑰、多肉、仙人掌……这些带刺植物无不与动物、人类保持着“相爱相杀”的关系。植物为什么会长刺？刺最早产生于何时？又是如何演化的？科学家对于这些有趣的问题始终缺乏深入研究。
几年来，中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称版纳植物园）古生态研究组和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所联合组建的青藏高原古生物科考队，在青藏高原中部找到了一个化石植物群，它拥有目前全球已知形态数量最多的刺化石。科学家抽丝剥茧，终于从中探知到了带刺植物演化历史及其成因的直接证据。这一研究结果近日发表于《自然—通讯》。
从2016年开始，古生物科考队就连年在青藏高原中部的班公湖—怒江缝合带新生代沉积盆地进行古生物科学考察，几年里积累了晚始新世（距今约3900万年）的大量植物刺化石。这些来自伦坡拉盆地和尼玛盆地的刺化石标本共有44份，根据形状、大小、生长方式等特征，被划分为皮刺和枝刺，共计7种形态类型。这也是目前全球已知的刺形态数量最多的化石植物群。
北美、欧洲化石植物群中，曾有过一些刺化石记录，数量不多，科学家也没有单独对它们进行过深入研究。青藏高原的这批刺化石尽管被带到了版纳植物园的实验室，却也被“冷落”了近三年。2019年，这些化石交到了版纳植物园古生态研究组博士研究生张馨文的手上。除了分类信息描述，困扰她的还有如何才能讲好一个全新的有关刺化石的科学故事。
她解释，刺是植物的一种特化器官，可能来自特化的叶片、茎干或者表皮。由于刺的表面积非常小，可以减少蒸腾作用，从而帮助植物适应一些相对干旱的环境。同时，刺还是植物的一种防御结构，能够有效降低植食动物的啃食频率。因此，带刺植物最典型的生存环境是热带稀树草原。
研究团队结合了分子系统发育分析，重建了新生代欧亚大陆带刺植物类群的谱系累积曲线。结果发现，带刺植物自始新世开始迅速分化，到了晚始新世之后，物种多样性呈现出倍数增长，这一时间与青藏高原这批刺化石的地质年代吻合。
在同一层位，研究人员除了找到大量刺化石，还采集到了丰富的草本植物化石，共计315份，占到同层位所有植物标本数量的38%。他们还对同套地层进行逐层的微体化石分析，发现了大量由草本植物产生的植硅体。
为进一步验证对这一环境类型的猜想，研究团队利用英国布里斯托大学的大气—海洋环流模型和Triffid模型模拟了当时的古气候和古植被，结合化石植物群的古环境重建，结果证明，随着新特提斯洋在古近纪的退缩，沿班公湖—怒江缝合带的中央谷地呈现出逐渐干旱的趋势，加上全球气候变冷，那里的植被由中始新世的郁闭森林（距今约4700万年）转变为开阔林地，既有高大的乔木、中等高度的灌木，也有低矮的草本植物。
有意思的是，研究人员在查询青藏高原及其周边地区658条动物化石记录后发现，当时的环境中大型植食性哺乳动物的多样性也开始增加。研究证明了晚始新世青藏高原中央谷地的干旱化以及大型植食性哺乳动物的取食压力，共同驱动了刺这一功能性状的快速演化。这也说明了青藏高原在地质历史时期的环境变化不仅对亚洲甚至更广泛地区的植物多样性有着深刻影响，还塑造了该地区的植物功能性状。