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征服陆地之植物的改变--生命简史

2020-11-05 17:00    

植物登上陆地不是从水里迁移进空气稀薄的环境那么简单的事。植物的组织脆弱,干燥是对它们最大的伤害,所以植物必须在翠绿的叶子外面穿上一层薄薄的蜡质外衣,阻止或者减少水分流失。确实,开始它们尝试在水的边缘立足,忍受着阳光的炙烤,恶劣的条件使它们卷曲,雨露让它们振作。透过这样一层蜡质膜呼吸引发一个新的问题---保持湿度的同时隔绝了空气。于是,植物表面的细胞妥协了,它们用特殊的排列方式制造出“气孔”,微小的孔口由香肠状的细胞守护,允许空气进入,当环境过于干燥的时候它们就膨胀, 然后堵住孔口---显微镜下可见的自然空调系统。具备了蜡质外衣和气孔之后,地上的新芽钻出泥土,嫩苗在空中伸展,当表面的绿色进行光合作用的时候,短小的根系忙者吸收营养,绿色在长大, 闯进一个充满空气和阳光的新世界。

在背阴的小溪旁,空气湿漉漉的,如果蹲下倾听潺潺的流水,可能会被蕨类植物挡住视线。拨开它们,可以在裸露的岸边看见一片细知在地的绿叶。墨绿色,也许稍稍有些卷曲,绿叶需要费点力气才能从泥行中抬起头。它裹着一层青翠的外皮,似乎偏好昏暗的光线和潮湿的空气,得意地隐藏在不毛之地,这就是地钱。它是和最早脱离水域的古代植物最为相似的现存植物,但是地钱化石难得一见。它非常原始,以至于连气孔都没有。现在,地钱仅生长在水边和阴暗的洞穴里,守在自己最原始的生态位置上。进行光合作用的叶片平铺在泥土上,极易受到热量和辐射的伤害,就像在沙滩上晒日光浴的人一样,必须抵挡有害的紫外线。有必要强调一下,氧分子在高空转变后形成的臭氧层已经过滤掉一部分紫外线,由此推断,藻类和蓝藻细菌耐心地向大气圈释放氧气长达30亿年之后,奥陶纪的大气中含有足够的氧气承担起防护的作用。这不由得让人联想起地球最初的日子:从某种意义上说,叶子诞生在最早的黏糊糊的藻类席子里。

几乎所有你想要命名的植物都有一个共同的任务,那就是朝着太阳,向着天空生长,由此营造出一个完整的生存环境:在茎和叶的下面,出现了一个安全的避难所。但是趴在地上的席子要进化至拔地而起的阶段需要很多条件:首先要从柔软变得坚挺: 其次需要集中出芽点,避免幼芽胡乱地生长;随着嫩枝的成长,需要一个从根部运输水分、保持整个结构充盈的体系;同时,叶片需要把光合作用的产物分配到植物的其他部位。简单地说,植物就是一座进行光合作用的工厂, 这样比喻,恐怕贬低了植物的才气。设想下系统的某个环节出现问题的后果: 失去水源的盆栽枯萎;失去光源的叶片变黄变细;超速生长又难以保持直立。

植物最先解决了支撑的问题。有些植物的细胞紧密地凑在一起增加植物的硬度。在我小的时候,有些农场在小麦丰收的时节还没有用上复杂的联合收割机,田地里到处戳着打成捆的麦子,就是常说的谷堆。我很意外,现在这个词竟然过时了,如果不是在康斯特布尔(Constable )和布鲁盖尔( Brueghel)的油画里,可能再也看不到谷堆了。不过,植物茎的结构原理和它颇有几分相似,多数茎的横截面是由成捆的长导管组成的,形成一种聚合力。导管传输液体---树液, 即植物的“血液”。细胞壁通过特殊的螺旋结构增加厚度,坚韧的有机材料木质素(lignin)则是强化剂。管道运输和工程设计相辅相成,保证植物向上生长。这套完整的补给措施是维管植物的典型特征,如今,这种植物遍布世界。

植物可能先长枝再长叶。有些最早的植物在志留纪时还是矮小伏地的物种,它们长出向上的枝条,然后分出一到两个杈, 貌似枝状的烛台,叶子不过是覆盖在嫩枝上的小鳞叶。现在没有完全相同的植物可作为参照,不过某类最简单的苔藓和它们有相似之处。已知最早的陆地植物化石在河水的沉积物里,幼小的枝条正是在远古的湖泊或河流附近第一次将头探出了水面。但是它们为什么离开水 的庇护呢?又是什么促使生命义无反顾地迈过了这道门槛呢?

有些作者,尤其是遗传学家喜欢说这是繁衍的不可抗拒力,DNA急于传宗接代,迫切地想要占据各个角落。当然,时机也确实成熟了。如果这个星球的进化史既是生物进化的一部分,又是生物进化推动的结果。那么这就是新事物喷薄欲出的时刻。大气圈做好了准备,气候适宜。机会本身也是原动力之一。众所周知,池塘湖泊不是可靠的栖息地,时而干枯时而泛滥。植物结构决定性的改变很可能是在应对突发事件的过程中完成的。如何平安度过干旱,不彻底死掉?是什么诱惑植物利用孢子通过空气传播进行繁殖的?目前,故事的开端只能在飘离最早的陆生植物原栖息地,掉在浅海及三角洲里的孢子中寻找。微小的孢子必须有特殊的构造才能在没有水的环境下生存:它们有结实的外衣---外壁 (exine), 这层外膜薄若无物。但是足以保护藏在里面、负责繁衍的纤弱物质。几亿年的生命证明了它们的坚韧。

早期植物像黑胶片一样印在页岩上,看起来像是一片涂鸦,它们精致的细节必须在整理完古老的组织结构之后才能显露出来。威尔士大学教授黛安娜·爱德华兹(Diane Edwards)在南威尔士托维河口沿岸兴奋地为早泥盆世岩石上的黑色污渍做了蜡片,因为她知道里面的秘密。她了解卑微的植物在这一远古时期每一个生死攸关的转变,她在这方面的贡献无人能及。

植物化石勘探者尤其喜欢寻找容纳孢子的组织---孢子囊 (sporangia)。解开这些小囊,里面的孢子就被释放出来。借助这种方法,我们可以把已知的孢子化石和绝迹的原始植物联系起来。遗憾的是很多化石里的嫩芽没有繁殖能力。但是,相关证据明确显示早期的植物逐渐倾向依靠风力传播,更小的孢子就是佐证。偶尔可以找到能够完全复原植物的化石,包括最不可能的细胞在内,其中最著名的是泥盆纪的莱尼燧石。20世纪初,这些坚硬的浅灰色岩石在苏格兰被发现,并且沿用了它附近村庄的名字。当它被切成薄片的时候,植物的结构历历在目。这要归功于硅,它在植物死后迅速临填充了每一个细胞。在这些植物中,某些种类的维管已经发育完善,很容易让人联想到蕨类。据推测,蕨类的历史几乎和地钱一样长。现存的蕨类虽然有些种类又坚韧又抗旱,但仍然属于绿萌王国的成员。 我惊讶地发现它们生长在澳大利亚中部的旱坡上,与三齿桴和桉树为伴。小孢子囊藏在叶片下面,看起来仿佛叶子上棕色的斑点。如果它们散落在潮湿的泥炭土上就会发芽。不过破土而出的幼苗并不能产生孢子,而是利用特殊的功能产生精子。卵子在另外一棵植物上,当它们受精之后,就会发育成蕨类植物。精子是一层薄膜,在水中游荡的时候完成受精,因此,蕨类仍然摆脱不掉藻类的祖先和对水的依恋,毕竟它们是从那里爬上来的。降水丰沛的新西兰雨林是它们最享受的 地方,那里的树蕨像火焰一样直冲云霄,附生蕨悬挂在枝条上如同美丽的蕾丝,伏地蕨遮盖在每块空地上。 虽然从土地最早被占用的时候起,蕨类就已经留下了化石记录,但它们总能让人耳目新。

参考书目------【英】查理德·福提 《生命简史》

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