挑战“植物分枝起源”

　　植物使陆地变绿，为所有陆地生命的进化铺平了道路，因为它为动物提供了食物和呼吸的氧气，而分枝是陆地植物辐射的关键创新。

　　

在传统的植物学教材和植物形态学文献中，茎的分枝方式被区分为二叉分枝、单轴分枝、合轴分枝、假二叉分枝以及禾本科的分蘖。另外，也有一些非典型分枝方式，例如茄科植物的二歧分枝。

二叉分枝这是比较原始的分枝方式，分枝时顶端分生组织平分为两半，每半各形成一小枝，并且在一定时候又进行同样的分枝，因此这种分枝统称二叉分枝。苔藓植物和蕨类这类低等植物具这种分枝方式。有些同学可能会问：低等植物多为叶状体，无茎与叶的分化，无茎植物为什么也有分枝概念呢？这要从维管植物的定义和分类说起，凡是有维管系统（vascularsystem）的植物都称维管植物，包括极少部分苔藓植物、蕨类植物（松叶兰类、石松类、木贼类、真蕨类）、裸子植物和被子植物。它们与其他藻类、菌类、地衣、苔藓植物不同之处在于具有发达的维管系统；维管系统主要由木质部和韧皮部组成，木质部中含有运输水分和无机盐的管胞或导管分子，韧皮部中含有运输糖类等的筛胞或筛管。它们大多为陆生植物，只有少数在受精过程需要在水中进行。

对维管植物的分类尚存在分歧。一种观点认为维管植物有其共同祖先，它们是单元起源的（monophyletic），也就是说它只有一次起源，所有的维管植物都是由最初形成的原始祖先分化发展而来。因此，所有维管植物在分类系统中应归成一门，即维管植物门（Tracheo-phyta）。但是具有维管组织的植物千差万别，甚至在海藻中也发现了维管组织的分子，它与其他维管植物在系统演化上相差甚远，无法归成一类。另有一些学者基于下述现象提出了相反的意见。(1)根据化石记录，在同一时期如在古生代的泥盆纪同时出现了至少有6种类型的维管植物，由它们共同组成陆生植物区系；(2)现存的维管植物种类繁杂，分化明显，实无法将其归为一类，因此将整个维管植物分成若干门。本世纪80年代有些学者将其分得甚细，分成裸蕨门（Psilotophyta）、石松门（Microphynaphyta）、楔叶门（Arthrophyta）、真蕨门（Pteridophyta）、铁树门（Cycadophyta）、银杏门（Ginkgophyta）、松柏门（Coniferophyta）、买麻藤门（Gnetophyta）及有花植物门（Anthohyta）。

布里斯托尔大学的科学家们最近有了一项突破性的发现，挑战了之前对维管植物分枝起源的看法。通过对驱动分枝的潜在过程的全面研究，研究小组发现了数百万年前最早的陆地植物可能是什么样子。他们的发现揭示了维管植物的分枝机制，尽管它们的生长模式存在根本差异，这项研究从侧面肯定了单元起源学说。

布里斯托尔生物科学学院的Jill Harrison博士解释说:“主要的开花植物群体中有各种各样的形状，园丁们应该很熟悉‘掐掉’植物的茎尖来刺激侧枝生长，从而使其整体形状更加浓密。然而，与开花植物不同的是，其他维管植物在生长过程中通过将茎尖分裂成两个分枝，这个过程被称为“二叉分枝”。作为石炭纪时期形成煤层的古老维管植物谱系，石松植物保留了二叉分枝的祖先模式。

布里斯托尔大学(University of Bristol)的研究人员通过对一种石松植物的手术实验发现，这种二分性是由短期生长素运输调节的，而在植物的不同部位则由长期生长素运输协调。发表在《Development》杂志上的研究结果表明，开花植物和石松植物的分枝都受到生长素运输的调控，这意味着大约4.2亿年前最早的维管植物中存在类似的机制。

通过将这些发现与无维管、无分枝苔藓类群的发现相结合，我们可以推断出大约4.8亿年前第一批陆地植物的样子。此前，Harrison博士的实验室破坏了苔藓中的生长素运输，导致它以类似于最早的分枝化石的方式分叉。

这些研究表明，最早的陆地植物是分枝的，而分枝在无维管苔藓的进化过程中消失了。

Harrison博士解释说:“植物使陆地变绿，为所有陆地生命的进化铺平了道路，因为它为动物提供了食物和呼吸的氧气，而分枝是陆地植物辐射的关键创新。我们的研究表明，分枝的进化比我们想象的要早，这是一个重要的进化结论。除此之外，我们已经证明，亲缘关系如此遥远的植物使用相同的遗传机制来调节分枝，这为传递工程植物形状知识以提高未来的生产力和产量带来了巨大的潜力。”

参考文献:Diverse branching forms regulated by a core auxin transport mechanism in plants” by Victoria M. R. Spencer, Lucy Bentall and C. Jill Harrison, 15 March 2023, Development.