植物的根部是逐步进化的

作者: ruiping

来源: 科学世界

发布日期: 2018-08-29 17:08:17

科学家通过研究距今4.07亿年的植物根部构造,发现植物的根至少进化了两次,并且是逐步进化的。这一发现揭示了植物根部在进化过程中的重要性和复杂性。

从一种距今已有4.07亿年的独特的根部解剖构造中,科学家们发现植物的根至少进化两次,而且是逐步进化的。大多数人很少花时间关注植物的根部,人们对植物的根部视而不见,变成了植物盲,也因为根部是植物中不可见的那一部分。植物的根对于植物的生长至关重要:根系使植物稳固于土壤之中,使植物能够从土壤中获取水分和养分。根系还与根瘤菌形成共生关系:根瘤菌提供来自土壤的矿物质,作为回报,植物给予稳定的碳水化合物供应。

植物大致可分为有根植物和无根植物。开花植物(被子植物)和其他维管植物(针叶树等其他种子植物、蕨类、问荆和石松)都有可识别的根,其标志是具有快速分裂的未分化细胞组成的分生组织以及保护着生长中的根的顶端的根冠,后者还是植物感知重力之处。其他非维管陆生植物,如,苔藓和叶苔缺乏将水和食物输送到躯干各处的管道,也没有真正的根。这些植物确实具有假根,这些假根是简单的毛发状结构,类似于苔藓根表面的根毛。

假根用于运输水,有些可能参与营养物质的运输,它们并不是功能完善的根。

假根已经存在相当长的一段时间了。莱尼燧石层是一个令人惊叹的通向过去的窗口,它保留了一个4.07亿年前的热液湿地生态系统,具有惊人的细胞细节。在莱尼燧石层中发现的大多数早期陆地植物都具有假根,但是,迄今为止并没有发现任何类似于真正根器官的东西。

2018年8月,亚历山大·海瑟林顿和利亚姆·多兰在《自然》杂志上发表的一项最新研究描述了莱尼燧石层的根尖分生组织,该组织属于马基星木(Asteroxylon mackiei),星木的分生组织缺少根冠。研究人员从英国的博物馆和大学收藏的641张植物根部薄切片中,发现其中5个根状结构的顶端被分生组织之上的连续的表皮层所覆盖,而没有所有现代有根植物中都能看到的锥形的根冠。

考虑到其他部分都保存得非常好,研究者认为根冠的缺失不是保存的原因造成的。他们还指出,其中3个根状结构顶端内的细胞组织在保存时依然生长活跃,因此,根冠也不会因生长停止而消失。细胞壁的取向表明分生组织内细胞的分裂模式,也排除了形成根冠的可能性。在现代真根中存在的根毛,在星木植物中也完全不存在。

所有这些证据揭示了惊人结论:既然现代石松有着具有根冠的真正的根,这就说明真正的根进化出来了(至少)两次:一次是石松植物类中的逐步进化,星木属(有分生组织,但没有根冠及根毛)代表着进化的中间阶段并且独立于所有其他陆地维管植物的根部进化。石松和所有其他维管植物的根在解剖上的相似性是趋同进化的一种案例。

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