4.8亿年前，它们改变了世界？

　　有一种非常有意思的现象被称为“植物失明”，它说的是，尽管陆地植物占到了地球生物量的八成，我们却会不由自主地忽视它们。

　　然而，植物的重要性远超我们的想象。大约5亿多年前，当植物首次从淡水藻类进化到陆地上时，它们彻底改变了地球。

　　植物从空气中吸收二氧化碳，使地球冷却，它们侵蚀岩石表面，帮助创造出了如今覆盖了大片陆地的土壤。最终，地球大气和地表的这些变化为我们所知的生物圈的进化铺平了道路。

　　这些先锋的陆地植物被认为从藻类进化而来，它们通常个头很小，长得可能像苔藓一样。当时，想要在陆地上生存，它们必须克服两大挑战：避免干涸，并且承受住太阳刺眼的紫外线。然而最终，植物成功了，也才有了如今这颗生机勃勃的星球。

　　近日，在西澳大利亚北部坎宁盆地的岩石样本中，科学家发现了4.8亿年前来自早期陆地植物的孢子化石以及它们祖先的水生藻类的孢子。这是目前发现的最古老的陆地植物孢子化石。

　　这一发现为我们提供了新的线索，了解植物何时何地从水中“走”向了陆地，以及它们是如何生存下来的。研究已于近日发表在《科学》杂志上。

　　对植物最早在陆地上定居的时间估计主要有几种方式。比如，科学家可以研究植物的大化石遗骸，也就是一些不需要显微镜就可以研究的化石标本；他们还能利用不同物种进化所需时间的进行推算，就是所谓“分子钟”数据；有时候，他们还可以从植物孢子的化石记录中寻找线索。

　　分子钟的研究表明，植物的陆地定居大约发生在5.15亿年前（寒武纪）。但陆地植物的第一个大化石证据却晚得多，它来自一种原始维管植物顶囊蕨（Cooksonia）的标本，它们生活在4.25亿年前左右（中志留世）。

顶囊蕨的艺术家畅想图。|图片来源：Matteo De Stefano/MUSE via Wiki under CC BY-SA

　　这些早期的小型植物并没有根系或者坚硬的木质组织，这可能解释了为什么它们的化石非常罕见。

　　此外，研究人员还可以观察植物的孢子。孢子是携带者遗传物质的简单生殖单位，它们比种子要简单得多，而种子是直到很久之后才进化出来的。

　　为了成功繁衍后代，陆地植物的孢子壁必须足够坚固，从而抵御干燥的环境和紫外线辐射的破坏。这些具有保护作用的孢子壁同样让孢子可以在古老的沉积物中保存数亿年。这给科学家留下了一些线索。他们可以借助强酸从这些沉积物中将孢子化石提取出来，然后在显微镜下研究孢子的形状。

　　在之前的研究中，科学家已经注意到，最早的陆地植物的孢子往往呈现出几乎规则的几何排列，它们通常由两个或四个细胞组成。

　　而一些更为古老的淡水藻类的孢子则不同，它们常是不规则形状的“细胞团”。几年前，古植物学家Paul Strother和团队已经证明，他们找到的一些约5.05亿年前的古老孢子很可能来自一类名为轮藻的半水生的淡水藻类。

 

　　石灰岩中保留了轮藻植物微化石。|图片来源：James St。 John via Flickr under CC BY

　　先前已经发现的一些较古老的陆地植物孢子，包括上90年代初于坎宁盆地发现的约4.4亿至4.45亿年前的化石，以及2016年发现的拥有4.6亿年历史的化石。从当地的一些贝壳类化石证据不难看出，这一时期的坎宁盆地沉积主要来自海洋环境。

　　在这项新研究中，科学家继续对这片区域进行探索。2020年，澳大利亚地球科学局与西澳大利亚地质调查局合作，在盆地的南部钻井采样，希望进一步了解地下岩石的地质情况。

　　研究人员从早奥陶世（4.7亿至4.85亿年前）的纳姆贝特组中提取了岩石样品后，发现了具有典型规则排列的两个或四个细胞的陆地植物孢子。

　　同时，他们还检查了于1958年钻探出的纳姆贝特组原始剖面中的一些植物孢子。这些样品已经被精心制成了玻片，并很好地保留了下来。

　　在这些样品中，他们发现了这一时期更丰富的记录，一些孢子的形态具有陆地植物孢子的特征，而还有一些则更类似轮藻这类藻类祖先。

此次研究中发现的新孢子，在形态上具有一种“承上启下”的特点。（寒武系、奥陶系及志留系分别为寒武纪、奥陶纪和志留纪的对应地层。）|图片来源：Paul Strother via The Conversation

　　换句话说，陆地植物及其藻类祖先在同一时期存在于同一片区域里。研究人员认为，这很有可能说明，陆地植物的起源并非一个单一事件。

　　他们猜想，最早的陆地植物要么是通过“水平基因转移”（细菌将基因从一个生物转移到另一个生物体内）捕获了祖先藻类基因组的一部分，从而获得了耐旱以及抵御紫外线伤害的能力，或者，它们可能自行发展出了具有类似功能的基因，能在陆地上继续生存。

　　这些具有约4.8亿年历史的化石，缩小了有关植物陆地定居的分子钟估计和化石证据之间的时间差。它们也是目前发现的最古老的陆地植物的化石证据。科学家从中也能看到一条更清晰的进化历程，植物从简单走向了复杂。

　　接下来，科学家希望进一步研究，确定寒武纪晚期和奥陶纪时期澳大利亚沉积中出现其他藻类和陆地植物孢子的位置。新的数据也有望揭示陆地植物究竟起源于何处。

　　他们相信，化石记录中还有许多来自远古的信息等待我们揭开。

　　#创作团队：

　　文字：Måka

　　#参考来源：

　　https：//theconversation.com/480-million-year-old-fossil-spores-from-western-australia-record-how-ancient-plants-spread-to-land-166016

　　https：//www.the-scientist.com/news-opinion/discovered-fossilized-spores-suggestive-of-early-land-plants-69085

　　https：//cosmosmagazine.com/nature/evolution/plants-evolved-from-alg/

　　#图片来源：

　　封面来源：Paul Strother