植物是如何从远古时代生存到现在的?

 时间:2023-01-19 14:42:45来源:中国公益新闻网

各位亲们,你们有没有想过,地球存在到现在这么多亿年了,动物进行了翻天覆地的进化,那植物呢?它们是怎么进化的呢?

其实,地球上最初的植物是没有叶子的!(预警:现在的植物和古代是两码事,仅仅是为了方便理解哈。)那个时候植物长得应该是这样子。

那现在的植物为什么都是枝繁叶茂的,叶子是怎么进化出来的?今天就从四个方面来和大家聊聊植物的进化史。

01,地球的植物史

这里,我先简单地回顾下地球的植物史。最早的植物祖先,应该是一批光合细菌,大概是30亿年前。

其实光合细菌最古老的不是绿色的,应该是紫色菌,今天这些菌还存在。而绿色菌最后取得了决定性胜利,至于为什么,应该是跟光的选择性吸收有关。因为从一开始它们反射绿色光,这也是为什么世界是绿色的原因。

这是地球史上最伟大的一页。也是我们最后出现的基础之一。

因为,有了光合细菌的出现,地球上开始出现了氧气,它们在地球孕育生命,没有它们,我们的星球将与火星一样。有了氧气和臭氧层,我们从此不畏惧紫外线,为什么生物在海洋中孕育?因为海洋可以抵挡无数的射线,特别是紫外线。

后来,不知道啥时候,这批细菌内共生,进化成了最古老的植物,就是海水中的无数绿色藻类

大约4亿年前的志留纪晚期(4.4-4.1亿年),地球上伟大的新篇章开始了,植物开始登陆啦!这一登陆,改变了地球。

由于缺乏竞争者,很快(大概一亿年吧),地球覆盖上了绿色

由于植物的光合作用,使得,地球上的氧气含量逐步增加,经过大概一亿年的野蛮生长,到了石炭纪(3.6-2.8亿年),地球的含氧量达到了史无前例的高,超过了30%,高浓度的氧气,使得地球产生了无数巨型动物,史前怪兽,比如超过一米的蜻蜓(这个原因依然是,含氧量的增加,使得昆虫有了长大的可能性。因为许多昆虫是通过遍布全身或部分肌体的气管吸收氧气的。在同一环境下,体型越大,气管(呼吸系统)体积就越大。但当氧气浓度高时,生物不需靠增大呼吸系统的体积来为增大的体型提供更多氧气,因此呼吸系统对体型的限制影响降低了,允许生物向更大体型进化。)

然而,植物史上第一次危机出现了!

02,第一次植物危机是什么?

关于这次危机,我们还是要从植物光合作用的原理说起。

光+水+二氧化碳=葡萄糖+氧气

这个公式里,光来自太阳,水地球很多,而一个核心制约因素,二氧化碳,成为了勒在植物脖子上的一个绳索。

那个时候的植物,疯狂的吸收二氧化碳,然后结果,一瞬间,地球的二氧化碳,不够用了!!!雾草,什么鬼,二氧化碳不够用了?没错,看到今天的温室效应,你是不是觉得很离奇?

但是事实就是这样,地球上的二氧化碳不够光合作用了。植物靠吃二氧化碳为生,一旦二氧化碳没有了,那植物就无法维持了,于是无数植物死亡了。地球上第一次危机就这么诞生了。而这次危机,差点毁掉了地球(自然界)。

03,叶类植物的诞生

而这个时候,有部分植物开始寻找新的路径,于是叶子开始登上了舞台(一定要记住进化论的核心哦,突变是随机的,选择是有方向的。回到这里,叶子是随机出现的,而低浓度二氧化碳仅仅是一个自然选择过程,二者不存在最直接的因果关系)另外,这里的图片是被子植物,出现在侏罗纪,更早的是裸子植物。藻类-苔藓-蕨类-裸子-被子

叶子的出现,是植物进化史上伟大的一页。因为叶子的出现,从此植物再也不依靠树干和枝条来进行光合作用,而是用叶子来进行光合作用。

植物的叶子使得植物光合作用的范围,增加了几百万倍以上。而且叶片可以更好的利用空气中稀薄的二氧化碳来进行光合作用。

于是,植物存活下来了

但是,悲剧还在上演。

因为叶片的出现,使得植物可以吸收更多的二氧化碳,他们的确存活了,但本质上,地球的二氧化碳还在持续减少,而且再加速减少(吸得更猛了),如果没有新的二氧化碳来源,那么,植物将全部死去,或者,换成其他的气体,比如,固氮。

04,神来之笔——真菌

然而,这个时候,真菌拯救了地球,这个内容可以参考巴甫洛夫大神的作品。

也许在最初的时候,谁都没想过去分解过植物纤维,动物的胃也不行。大量的植物尸体,那就是一个垃圾天堂。直到有一天,地球已经无法承载了。而真菌开始大展手脚,他们分解了植物,使得碳循环成功的流转起来,补充了最后缺失的一环。

这就是今天的绿色世界。

补充:授人以渔。本人不是学植物和地质的,所以写作过程难免疏漏甚至会犯很多原则性的错误,当然也比较懒散,比如石炭纪时期的地球形状。

本文的主要参考内容包括但不限于以下内容,这几篇文献都很精彩。

1. Harrison C J, Corley S B, Moylan E C, et al. Independent recruitment of a conserved developmental mechanism during leaf evolution[J]. Nature, 2005, 434(7032): 509-514.

2. Edwards, D., Feehan, J. & Smith, D. G. A late Wenlock flora from County Tipperary, Ireland. Bot.J. Linn. Soc. 86, 19–36 (1983).

3. Gifford, E. M. & Foster, A. S. Morphology and Evolution of Vascular Plants (Freeman, New York,1989).

4. Boyce, C. K. & Knoll, A. H. Evolution of developmental potential and the multiple independent origin of leaves in Paleozoic vascular plants. Paleobiology 28, 70–100 (2002).

5. Kenrick, P. & Crane, P. R. The Origin and Early Diversification of Land Plants: A Cladistic Study (Smithsonian Institution Press, London, 1997).

另外对植物感兴趣的,可以看一部纪录片,how to grow a planet《植物之歌/地球养成计划》,本文的撰写过程也参考了这个纪录片。

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=395116

编辑: 审编:czm

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