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【中国科学报】揭开银杏家世之谜
2017-11-01 | 编辑: | 【

2017年10月27日 来源:中国科学报

  义马银杏复原图

  时值深秋,又到了观赏银杏的时节。金黄的树叶飘落在地,将整个秋天点缀得格外绚烂。

  人们喜欢在银杏大道上拍摄美丽的照片,却鲜有人知晓银杏树的演化历史,更少有人知是我国的研究者们发现了世界上最古老的银杏化石,以及最古老和现生银杏之间的过渡形态化石。中科院院士、中科院南京地质古生物研究所研究员周志炎就参与了这两项研究。

  最古老的银杏树化石 

  上世纪80年代后期,在义马煤田作地质勘探工作的章伯乐工程师及家人发现了许多保存完好的植物化石,其中有不少和现生银杏相似的枝、叶,甚至还有极为罕见的种子器官标本。经过与周志炎的共同研究发现,这些化石是世界上最古老、也是最可信的银杏属的化石(中侏罗世,约1.7亿年前)。他们把它命名为义马银杏。

  “它无疑属于银杏属,但和现生的银杏树又有些区别。”周志炎在接受《中国科学报》记者采访时表示,“它的种子要小得多,仅有现生种的1/3大小,不过数目较多。而且,它们不是像现生种那样都直接生在一个总的种柄上,而是生在两歧分叉的次一级柄的顶端。它的叶也不同于现生银杏那样呈扇形,而是深裂成多个狭长的裂片。在微观结构上彼此也有区别。”

  银杏的起源时间一直无法确定,“虽然银杏早在19世纪中叶已有记载,但都只是些叶化石,它们虽然形似银杏叶,但归属却并不都是可靠的,因为有不少其他的植物也具有相似的叶,而且人们已经发现有的植物化石具有银杏状的叶,但并不具有银杏状的种子。这说明仅仅依据叶化石是无法确定它们是否是银杏属的。”周志炎解释说。在当时,义马银杏是一百多年来古植物学家在地层中找到的唯一可靠的、具有种子器官的银杏化石。

  但由于缺乏地史化石记录,研究者们无法了解其他地质时期银杏的形态特征,因而对银杏的真实的演化历史“一无所知”。周志炎介绍说:“对义马银杏和现生银杏的形态上的区别究竟意味着什么也不十分明白。这种差别是否表明它们代表着不同的演化阶段,并能够说明银杏的演化趋向?如果说现生银杏是义马银杏经历了漫长的1.7亿年演化的结果,那么其具体过程又是怎样的?”这几个问题依然困扰银杏研究者们。

  揭开未解之谜 

  2003年,沈阳地质矿产研究所研究员郑少林等在我国辽宁省西部义县发现了一些具有生殖器官的银杏化石,并带着这些化石找到了周志炎。经过研究,周志炎等人发现,这种来自距今1.2亿年前的早白垩世的银杏,其形态介于已知最古老的银杏和现生的银杏之间。“辽西早白垩世无柄银杏的发现的意义,就是帮助我们揭开了之前那些令人困扰的‘谜’。”周志炎说。

  这一种极具意义的银杏化石正是中侏罗世的义马银杏和现生的银杏树之间的“过渡类型”。“它的成熟种子已大过义马银杏,但仍小于现生种,而且数目较多。它们不像义马银杏那样长在次一级种柄上,而是像现生种那样都直接生在一个总的柄上。它的叶还不同于现生银杏那样呈扇形,但是叶片分裂的程度不及义马银杏那么深。”周志炎进一步解释。

  就植物分类学中最重要的特征——生殖器官来说,1.2亿年前的银杏已经和现生银杏相差无几。“这种在早白垩世银杏属内出现的新类型,也就是‘现代型’的银杏,一直延续至今。晚白垩世和古近纪发现的银杏都是这种类型。”周志炎继续说,“现生的银杏除了种子较大、数目减少,营养叶形有一些改变以外,经过了1.2亿年漫长的岁月,其他特征几乎没有改变。这种在地质历史时期里十分缓慢的进化过程,应该是一种典型的‘迟滞’现象。”

  尽管银杏被引据为生物演化中“形态迟滞”现象的实例,但实际上银杏属并不是完全“静止不变”的。即使不考虑因受环境变动而产生的细胞组织等较为细微和复杂的种种变化,历经1.7亿年沧桑变迁的银杏属在外部宏观形态上还是显现出颇为明显的改变。比如,就胚珠器官而言,侏罗纪的已知种都属于“原始型”“祖先型”或称为“义马银杏型”,其胚珠器官一般具有2~5枚胚珠,各自顶生在相当长的分枝上。

  已经被证实的是,这种原始型的胚珠器官一直到早白垩世还存在。然而,现生种所具的现代型胚珠器官已极大地退缩了,成熟时一般仅有一枚种子直接生在生殖枝珠柄的顶端,不具次一级珠柄。再者,从系统发育来看,具有原始型胚珠的化石种应是银杏属内的茎干类群,而早白垩世以后的具有现代型胚珠器官的化石种才是银杏属中的冠类群。

  “这些珍贵标本的详细深入研究,为揭开银杏和它的家族在地质历史时期的多样性变化、系统发育关系和演化历史提供了难得的实物资料,也为建立和逐步完善银杏目的自然分类系统打下了基础,使得银杏目植物的研究摆脱‘人为分类’的框架成为可能。”周志炎表示。

  已进入演化衰落期 

  虽然银杏树依然存活于世,人们还可以欣赏成片的银杏树林,但实际上,它已经进入了演化的衰落期,濒临灭绝。这种说法并不是依据其植株的数量,而是源自其物种多样性。“在东北早白垩世的含煤地层里也还有和义马银杏接近的‘古老类型’存在,但是在这以后这种类型再也没有出现过。这说明银杏属内的多样性已日趋减少。与之相随的现象是物种的凋零和分布地域的日趋局限。”周志炎对此给出了解释。

  如今的银杏早已不复以往的繁荣,只剩下了单个种,而且分布极其局限。有人甚至怀疑现今长江以南的银杏种群都不是自然的,而是人类长期保护和栽培的结果。所以它是一种名副其实的“孑遗植物”和“活化石”。

  不过,历经岁月沧桑的银杏是一种生命力很强的植物。它对气候环境有相当广泛的适应性,现代的局限分布主要是席卷大地的第四纪冰川造成的后果。

  银杏从来都是一种人们喜爱的植物,不仅在国内南北都有栽培,隋、唐以后还传播到朝鲜半岛,再到日本。至18世纪又经日本辗转到了欧洲,现今世界上许多国家和地域都有银杏栽培或生长,它的分布地域已经大大地拓宽了。

  “最近几十年来,人们对银杏的重要药用价值有了新的认识,对银杏的研究和保护更是出现了一个新的高潮。分子生物学的应用,更为认识和保护银杏的多样性开创了新的前景。”周志炎说。

   

  义马银杏的叶

《中国科学报》 (2017-10-27 第5版 文化)








 
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