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更多葉脈能使植物更好地進(jìn)行光合作用

　　作為占據(jù)陸地植被96%以及擁有幾十萬物種的大家族，開花植物無疑是地球上最成功的陸生植物。那么蘭花、雛菊和它們的同伴究竟是如何擁有這一統(tǒng)治地位的呢？研究人員一直將這一功勞記在了這些植物盛開的花朵上，后者吸引昆蟲和其他動物來幫助自身繁殖與傳播。然而兩位植物生物學(xué)家相信，這項(xiàng)榮譽(yù)其實(shí)應(yīng)該歸葉片所有。更多的葉脈使得植物能夠更好地進(jìn)行光合作用，研究人員報告說，這最終讓被子植物在這場競爭中笑到了最后。

互葉梅(一種早期被子植物)的葉脈非常稀少(左一)，但是它們的密度卻會隨著時間的流逝而增加，如現(xiàn)代的豆類植物(右一)則具有很高的葉脈密度。(圖片提供:Timothy Brodribb)

　　據(jù)美國《科學(xué)》雜志在線新聞報道，澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)的水力生理學(xué)家Timothy Brodribb與美國諾克斯維爾市田納西大學(xué)的Taylor Feild，之前曾研究過葉片傳輸水的過程。他們注意到，與晚期的被子植物相比，早期被子植物的葉片中似乎僅僅包含了較少的葉脈。Brodribb回憶說：“這一不同尋常的對比結(jié)果讓我們很震驚。”

　　他們的研究表明，葉脈的密度對于植物進(jìn)行光合作用的能力是非常重要的。為了生長，植物必須通過葉片上名為氣孔的閥門來吸收二氧化碳。而當(dāng)氣孔張開時，植物體內(nèi)的水分便會流失，因此植物只有更有效地輸送水分以補(bǔ)充流失的濕氣，才能夠打開更多的氣孔以吸收二氧化碳。研究人員于是便尋思，每個葉片上進(jìn)化出更多葉脈是否為被子植物的擴(kuò)張和傳播奠定了基礎(chǔ)？

　　經(jīng)過6年時間對13個國家進(jìn)行的野外考察，兩位研究人員對504種開花植物和225種其他植物——包括166種已經(jīng)滅絕的物種——的葉脈進(jìn)行了分析，旨在搞清葉脈模式隨著時間流逝而呈現(xiàn)的發(fā)展趨勢。此外，他們還調(diào)查了水分和二氧化碳在35種開花及不開花植物葉片中的交換情況。

　　Brodribb表示：“葉脈的轉(zhuǎn)化證據(jù)是非常明顯的。”較早期的被子植物具有葉脈較少的單葉形式。但是大約在距今1億年前，新的被子植物進(jìn)化出了2倍、3倍，直至最終10倍數(shù)量的葉脈。研究人員最近在《生態(tài)學(xué)快報》網(wǎng)絡(luò)版上報告了這一研究成果。

　　根據(jù)研究人員提出的植物生理學(xué)模型，3倍的葉脈密度將使植物的光合能力增加兩倍。Brodribb和Feild認(rèn)為，更多的光合作用意味著植物生長所需更多的碳。而這最終使得被子植物在1.5億年前逐漸把包括針葉樹在內(nèi)的競爭者趕下了“統(tǒng)治者的寶座”，并讓被子植物成為地球上最高產(chǎn)的陸生植物。研究人員認(rèn)為，被子植物的花在植物多樣性方面扮演了重要角色，但正是葉脈使得這些植物變得如此豐富。

　　美國大學(xué)公園城賓夕法尼亞州立大學(xué)的古植物學(xué)家Peter Wilf表示：“葉脈密度的重要性從未像現(xiàn)在這般清晰。”他說，“這項(xiàng)研究成果為搞清與其他植物相比，被子植物為什么、何時以及如何進(jìn)化出更高效的光合作用提供了第一個定量的、生理學(xué)上的以及系統(tǒng)發(fā)育的架構(gòu)。”加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校植物生理學(xué)家、生態(tài)學(xué)家Lawren Sack強(qiáng)調(diào)，這篇論文很可能具有非常重要的影響，從而使得古生物學(xué)家能夠更好地評估遠(yuǎn)古化石的光合作用水平。