最近的一项研究揭示了植物生物学进化的惊人奥秘，有效地改写了植物在过去十亿年中的进化史。这项发表在《自然-植物》（Nature Plants）杂志上的研究揭示，植物在漫长的岁月中逐渐形成了自己的一系列解剖学设计，其间不时爆发出克服和适应环境挑战的创新。

一项新的研究揭示，植物的进化包括长时间的渐变，其间夹杂着短暂的大规模创新，尤其是在应对环境挑战时。这挑战了以往认为植物进化史的早期会发生类似动物的突变的观点。

这些发现推翻了人们长期以来的看法，即植物的基本类型与动物一样，是在进化史早期的一次大爆发式突变中进化而来的。

在苏格兰凯恩戈姆国家公园的沼泽溪流中，从苔藓到开花物种等多种陆生植物共同生长。图片来源：英国爱丁堡大学 Sandy Hetherington

共同第一作者、布里斯托尔大学古生物学教授菲利普-多诺霍（Philip Donoghue）说："虽然植物在设计和组织方面异常多样，但它们有一个共同的祖先，这个祖先起源于十多亿年前的海洋。

"我们想测试一下，它们的进化史是否真的在早期就发生了大爆炸，还是进化过程更加缓慢和持续。令人惊讶的是，结果显示植物的进化有点混合，长时间的渐变被短时间的大规模创新所打断，从而克服了生活在干燥陆地上的挑战"。

为了验证这一理论，科学家团队分析了 248 组植物的异同，从单细胞的池塘浮渣和海藻到陆地植物，包括从苔藓和蕨类植物到松树、针叶树和开花植物。他们还研究了 160 个仅从化石记录中得知的已灭绝类群，其中包括生活在 4 亿多年前的泥盆纪莱尼石器中的物种。

通过将植物设计分解成各个组成部分，并记录每个主要类群（包括活体和化石）中存在或不存在的植物，他们得出了 13 万多个观察结果。计算机统计技术测量了各组之间的总体相似性和差异，以及它们如何随时间而变化。

苔藓 Polytrichum commune，它是陆生植物祖先的近亲之一。图片来源：自然历史博物馆 Silvia Pressel

科学家们还试图找出导致这些进化创新的原因，如孢子、种子、根、叶、花粉和花的引入。

共同第一作者、布里斯托尔大学生物科学副研究员詹姆斯-克拉克（James Clark）博士说："我们发现，植物解剖设计的变化与整个细胞基因构成翻倍的事件有关。这种情况在植物进化史上发生过很多次，原因是基因组复制过程中出现了错误，产生了基因的重复拷贝，这些拷贝可以自由变异并进化出新的功能"。

但研究发现，植物解剖进化的主要脉动与在日益干燥的环境中生存和繁殖的挑战有关，与植物从海洋逐渐出现在陆地上有关。

共同第一作者桑迪-赫林顿（Sandy Hetherington）博士对陆地植物进化的痴迷始于他在布里斯托尔大学（University of Bristol）刚起步的地质学家时期，现在他在爱丁堡大学（University of Edinburgh）继续从事这方面的工作。

他说："总的来说，植物解剖设计进化过程中的偶发性脉冲模式与其他多细胞复杂生命王国（如动物和真菌）的进化模式相吻合。这表明它是复杂多细胞生命从诞生之初的一般模式和蓝图"。