第1个回答 2023-01-02
叶子为何“长着长着就扁了”
光明网
2020-12-17 09:47 · 光明网官方账号
■本报记者 沈春蕾 通讯员 齐云龙
如今，我们所见的植物叶片大多数是扁平的。相关化石资料显示，最早的陆生植物只有不断分枝的枝条，并没有叶片。那么扁平叶片是如何产生的呢？
近期，中科院遗传与发育生物学研究所研究员焦雨铃团队及合作者发现，应力反馈调控叶片扁平化发育和器官塑形，并首次提出了解释叶片起源的“应力反馈学说”。相关研究成果在线发表于《植物科学趋势》。
叶片的出现
广泛分布于世界各地的植物化石资料显示，陆生植物出现于4.2亿年前的志留纪晚期，最早的陆生植物大小类似于现在的苔藓，但没有扁平化的叶片类器官，被统称为裸蕨。
裸蕨没有叶片，只有不断生长的分枝，光合作用也是通过嫩枝来完成的。陆生植物出现后，进化出了维管束，并形成了数米高的大树，但是叶片在距今4亿年—3.6亿年的泥盆纪晚期才出现。
扁平化叶片的出现是进化史的一个重要事件。焦雨铃告诉《中国科学报》，植物刚刚登陆时，地球大气中二氧化碳浓度远高于现在，因此光合作用效率高，植物对光合作用的面积需求不大，如果这时候植物出现扁平叶片可能因为受热面积大而导致灼伤。
随着植物和藻类的繁衍，大气中二氧化碳浓度下降、氧气浓度升高，降低了光合速率和散热，植物才可以生长出扁平的叶片，进而增大光合作用面积。“叶片的出现改变了地球生态系统，为其他物种的出现铺平了道路。”焦雨铃说。
质疑“顶枝学说”
虽然叶片广泛存在于自然界，但是扁平叶片在进化过程中是如何形成的，一直是学术界的热点话题。根据挖掘出的植物化石，在原始陆生植物的二叉分歧系统的模式启发下，德国植物学家W.齐默尔曼和法国植物学家O.利尼埃于1930年在《植物的系统演化》一书中提出“顶枝学说”，并被普遍采纳。
顶枝指二叉分枝轴的两个顶端部分。“顶枝学说”假设了三步形态特化，认为顶枝通过这些特化过程进化为叶片。三步形态特化包括临近顶枝变为不等长度的“越顶”、临近顶枝集中到同一平面的“扁化”，以及临近顶枝间形成薄壁组织的“蹼化”。
“‘顶枝学说’是根据化石推测的理论，并没有任何实验证据，也没有任何已知的植物类群可以囊括三步形态特化的各个中间物种（包括灭绝的）。”焦雨铃解释道，对于变形的产生，应该是一个或多个基因的变化导致的，但目前罕有能够支持“顶枝学说”的基因突变证