科學家認為陸地植物或誕生於5億年前

植物科學家曾認為，苔類是最原始的現存植物。圖片來源：《PNAS》

人類要感謝陸地植物提供了可以呼吸的氧氣。現在，人們對於它們何時首次走向陸地有了更好的了解。雖然已知最古老的陸地植物化石擁有4.2億年的歷史，但研究人員如今斷定，綠藻類層首次登上陸地的時間比這早近1億年。

「該研究具有重要的全球影響，因為我們知道早期的植物令氣候變冷並且增加了地球大氣層中的氧氣含量。」並未參與此項研究的英國埃克塞特大學地球系統科學家Tim Lenton表示，這些條件支撐了陸地動物生命的擴展。

幾十年來，生物學家一直試圖提出一個可靠的陸地植物誕生日期。然而，由於缺少脊椎和堅硬的外殼，植物在化石記錄中留下的信息很少，因此研究人員懷疑即便是最古老的植物化石也無法代表最早的植物群。

一些科學家嘗試利用植物遺傳數據作為「分子鐘」，以闡明它們的進化歷史——知道特定的突變速率，便能基於植物DNA中的差異，估測各個物種是在多久以前分離的。不過，研究人員一直未搞清楚植物家族樹上最低，或者說最早的分支。在此基礎上，包括人們最熟悉的樹木、農作物和花在內的維管植物在苔類、角苔類和蘚類出現後的某個時間段誕生。然而，後3個種群出現的順序一直是個未解之謎，妨礙著分子鐘研究。

Philip Donoghue認為，如果擁有足夠的計算能力，便能破解這一謎題。身為布里斯託大學古生物學家的Donoghue和同事從此前收集的關於100多種植物和藻類物種的遺傳數據入手。他們利用若干種類型的分析，測試了關於4個植物種群關係的每種排列，並且將十幾種植物化石的年齡考慮在內，作為現實核查。

Donoghue和同事在日前出版的美國《國家科學院院刊》上報告稱，關於植物家族樹基石的確切配置對追溯最早的陸地植物來說並沒有關係。所有分析表明，陸地植物最早出現在約5億年前的寒武紀時期。當時，多細胞動物物種的發育已經開始。

Lenton認為，最新分析「表明，最早的陸地植物出現得比人們原認為的更早，而這同目前關於哪種陸地植物最早進化出來的不確定性並無關聯」。

Donoghue團隊還將計算能力應用於解決這些不確定性。植物科學家曾認為苔類是最原始的現存植物，因為它缺少根部以及用於氣體和水分交換的氣孔。但一些最新研究表明，像苔類一樣的植物並不是最早的陸地植物。如今，Donoghue對此表示贊同。他認為，苔類同蘚類存在最密切的關聯，並且曾經擁有根部和氣孔，但隨著時間的流逝喪失了這些特徵。該團隊在日前出版的《當代生物學》雜誌上報告了這一發現。

「一直以來的假設是所有植物的祖先在生理結構上同苔類相似。」Donoghue介紹說，但其團隊的分析顯示，該祖先可能擁有初步的根部和氣孔，因此可能生長得更好，並且處理了更多的土壤和二氧化碳，對地球生物地球化學的影響也比研究人員一直認為的更大。

「很高興看到他們得出的關於苔類的結論和我們的相同。」美國喬治亞大學植物進化生物學家Jim Leebens-Mack表示。他曾幫助收集了Donoghue用於最新分析的數據。

Leebens-Mack還讚揚計算陸地植物何時出現的研究是迄今最深入的研究。佛羅里達大學植物進化生物學家Pamela Soltis則認為，如果Donoghue的結果是正確的，那麼「這改變了陸地生命起源的整個時間線以及植物和相關動物種群隨後的進化轉變步伐」。同時，「這些更早的日期意味著地球變化發生的速度可能比我們想像的更加緩慢」。

Leebens-Mack仍對此持謹慎態度。他認為，分子鐘分析總是會得出更加古老的日期，因此「我一直對這些估測結果持保留意見」。

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