种子植物3.6亿年前分道扬镳

地球上最早的种子植物如何在约3.6亿年前的晚泥盆世迎来一场爆发式演化？

记者2月25日从北京大学王德明教授团队获悉，通过总结全球晚泥盆世法门期(3.72亿年-3.59亿年前)种子植物多样性特征和地理分布格局，该团队与合作者的最新研究解释了这一现象。相关成果论文近日在国际学术期刊《地球科学评论》(Earth-Science Reviews)发表。

形态功能高度多样

论文第一作者和通讯作者王德明教授介绍说，种子植物是现今陆地生态系统的主体植物，其起源可追溯至晚泥盆世法门期。长期以来，古植物学界对法门期种子植物的认识主要基于劳俄大陆(现今北美和欧洲主体部分)的化石记录，而对同时期其他地区种子植物的认识有限。

本项研究的华南板块晚泥盆世法门期的胚珠/种子。研究团队供图

近年来，研究团队从华南板块发现大量保存精美的法门期种子植物，为重新审视早期种子植物演化、地理分布和生态提供了关键材料。

截至目前，全球已知32个属的法门期种子植物，整体呈现出以赤道低纬度地区为主的分布格局。研究表明，这些最早的种子植物虽然保留部分原始特征，但在种子形态功能方面已表现出高度多样性，如一些种子植物演化出适应风力传播的“翅膀”结构。

“分道扬镳”独立演化

论文共同第一作者、北京大学博士研究生徐鹏称，作为晚泥盆世种子植物研究的两大热点地区，劳俄大陆与华南板块虽然同处赤道低纬度地区，却被一片广阔的古海洋分隔。前者主要位于干旱气候带，后者则位于温暖湿润的气候带。古海洋的天然屏障和古气候的差别，使得两地的种子植物“分道扬镳”，走上完全不同的演化之路。

本项研究的劳俄大陆(A、B)和华南板块(C-M)晚泥盆世法门期的花粉囊/前花粉及茎干解剖结构(N-V)。研究团队供图

在劳俄大陆内部，法门期种子植物呈现高度同质化，多个属种广泛分布于比利时、英国和美国等地；华南板块内部也显示出类似同质化的情况。然而，这两大区系之间几乎不存在同属的植物，表明种子植物的演化过程具有明显的独立性。

整体而言，劳俄大陆种子植物的胚珠个体较小、常着生在一个被称为托斗的大型杯状分枝结构中，该结构被认为有助于保护和减少水分散失，从而适应较为干旱的气候；华南种子植物的胚珠个体明显加大，多为无托斗胚珠，显示对湿热气候的适应。

法门期的种子植物广泛分布于低纬度地区，呈现出显著的多样性，且在劳俄大陆与华南板块之间表现出明显的演化分异，标志着种子植物在泥盆纪的一次重大演化爆发。

风力水力助力传播

长期以来，科学家难以判断早期种子植物的生活环境，因为其繁殖器官多呈现离散保存状态，原地生长的根系和茎干化石极为罕见。

在本项研究中，研究团队通过分析已知面积最大的泥盆纪森林——安徽广德新杭森林，发现大量种子与原地生长的其他植物类群共同埋藏在滨海地层中。

本项研究的晚泥盆世法门期全球种子植物的地理分布。研究团队供图

结合化石证据和沉积环境，研究团队认为，种子植物并非滨岸的原生植被，而更可能来源于内陆环境(包括高地)，经风力和水力传播、搬运至滨海低地沉积。

此次研究发现，不同胚珠类型所呈现的结构特征支持上述解释：具翅胚珠显示出对风力传播的适应；具翅和羽状结构的胚珠可能兼具风力和水力传播能力；大型托斗胚珠则可能借助水力传播。

王德明表示，这些精巧的设计，展现出早期种子植物在征服陆地过程中令人惊叹的适应能力。