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植物“活化石”穗花杉起源时间可追溯到中-晚侏罗世 近1.6亿年来形态几乎未发生变化

(a,b)中-晚侏罗世道虎沟生物群穗花杉化石; (c,d)现生穗花杉; (e,f) 中-晚侏罗世道虎沟生物群穗花杉化石重建图

(a,b)中-晚侏罗世道虎沟生物群穗花杉化石; (c,d)现生穗花杉; (e,f) 中-晚侏罗世道虎沟生物群穗花杉化石重建图

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学院南京地质古生物研究所:红豆杉是著名的庭园树种,在世界各地被广泛栽培,一直备受世人喜爱。狭义红豆杉科植物包括红豆杉属、白豆杉属、穗花杉属、榧树属和澳洲红豆杉属。在野生状态下,很多红豆杉科植物都属于濒危珍稀物种。穗花杉属现今仅有5~6个现生种,它们均被世界自然保护联盟(IUCN)列为严重濒危珍稀物种。

化石证据显示,红豆杉科演化历史漫长,其祖先类群在侏罗纪最早期就已经出现,并在侏罗纪和白垩纪可能已具有一定的多样性。但具研究价值的红豆杉科化石非常有限,尤其是保存了繁殖器官的化石材料更加缺乏,使得研究者们对红豆杉科现生属起源和早期演化的认知较为匮乏。

近期,中国科学院南京地质古生物研究所董重博士、史恭乐副研究员、王永栋研究员和美国芝加哥植物园、美国橡树泉园林基金会和耶鲁大学森林与环境学院等机构同行合作,系统研究了我国东北中-晚侏罗世道虎沟生物群中的一类红豆杉科化石。通过比较形态学证据和形态谱系分析均支持这些化石属于现生的穗花杉属。研究结果表明,与银杏类似,穗花杉代表了另外一种起源时间可追溯到中-晚侏罗世(距今约1.6亿年)的植物“活化石”,在近1.6亿年来其形态几乎未发生变化。2020年6月,这一研究成果在线发表于高水平综合类期刊《国家科学评论》(National Science Review)。

该植物化石产自内蒙古宁城道虎沟村的道虎沟化石层。化石末级小枝近对生,几乎展布在同一平面,叶呈线状披针形,交互对生,叶正面具明显凸起的中脉,背面中脉、两条气孔带和两条叶边缘带明显;种子着生结构单生于小枝叶腋,由一个顶生的种子和一个短而裸露的种柄构成,种子基部有约5对交互对生的苞片。化石的这些形态特征和现生穗花杉非常相似。

研究进一步采用13组形态特征对包括狭义红豆杉科现生种和化石种、三尖杉属现生种在内的10个类群进行了系统发育分析,分别采用了完全基于形态学数据的传统方法,和以分子系统发育树为骨架的分子骨架法。分析结果均证实道虎沟这一植物化石可归入现生穗花杉属。内蒙古东部中-晚侏罗世道虎沟化石层中发现的这一植物化石证实,穗花杉的起源时间至少可追溯至约1.6亿年前。

“活化石”这一概念最早出现于达尔文1859年所著的《物种起源》一书。“活化石”所反映的形态演化迟滞现象是演化生物学最令人饶有兴趣的科学问题之一。我国现代植物多样性丰富,其中不乏大量起源古老的科属和孑遗类群。根据可靠化石记录,我国的珍稀植物滇桐、珙桐、青钱柳和水杉等最早的化石记录可追溯至新生代早期;台湾杉、雪香兰等可追溯至早白垩世。而本次研究证实,穗花杉和银杏一样,最早化石记录可追溯至侏罗纪,是名副其实的植物“活化石”。

相关研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、美国国家科学基金、中国科学院青年创新促进会等机构的联合资助。

论文相关信息:Dong Chong, Shi Gongle*, Herrera F., Wang Yongdong, Herendeen P. S., Crane P. R., Middle-Late Jurassic fossils from northeastern China reveal morphological stasis in the catkin-yew. National Science Review. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa138




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