新的针叶树研究说明了进化的曲折

时间：2021-10-09 08:24:57 来源：

一些针叶树仍具有浮力的花粉，当与所散发的液滴接触时，它们会向上漂浮成向下的胚珠。该机制已经不存在了。

布朗大学的一项新研究研究了针叶树的一种专门的授粉机制，这些针叶树的性状通过功能而不是发育联系在一起，探讨了整合如何影响性状进化的模式。

罗德岛州普罗维登斯市（布朗大学）—一项新研究不仅提供了针叶树授粉如何演变的详尽分析，而且还阐明了进化的方式-远非直截了当的进步-有时可以长期存在并具有优势功能变得不可挽回地失去了。此外，作者表明，成功但最终脆弱的授粉机制的持续崩溃可能导致特征和功能的新变化。

生态学和进化生物学的助理教授安德鲁·莱斯利（Andrew Leslie）和他的合著者研究了460多个针叶树种，以定序并追溯具有古老授粉功能的三个性状的进化。许多松树和云杉物种仍然表现出以下特性：由于称为sacci（充气的膀胱）的结构，朝下的胚珠以及适时的液滴喷出而使花粉颗粒浮起。

一年中的几天里，这些树木将其花粉送入风中。落在胚珠下方圆锥体上的花粉被液滴吞没，并且由于它们是浮力的，所以漂浮在胚珠中。该方法的优点是可以滤除非松散颗粒，并且可以将花粉囊的浓度引导到原本被良好屏蔽的胚珠中。

“人们认为这些特征是相关的，”《进化》杂志论文的第一作者莱斯利说。“我们所做的就是将其置于进化的环境中。”

松散而脆弱的联盟

他们发现，尽管该机制显然已经为数亿年前的针叶树世界提供了很好的服务，但它却逐渐消失了。这些特性与骨骼和肌肉以及结缔组织似乎在人类手臂中的发育方式没有紧密联系。相反，在针叶树中，这些授粉性状之间的联系几乎完全基于它们的共有功能，而不是基于某些相互交织的生理学。

最终，松散的联盟开始在许多物种中瓦解。失去任何单一性状就足以破坏该机制，并且由于各种未知的原因，一些针叶树进化枝失去了漂浮的球状花粉，另一些则掉落了小滴，有些使胚珠重新定向。

研究表明，在进化过程中，选择压力或纯粹的机会可能破坏这种松散相关的性状之间的功能关系，例如莱斯利所研究的那种，即使这种关系很好地发挥了作用。

事实上，莱斯利的分析发现，一旦这种授粉机制在某个物种中消失，它就永远不会消失。

相反，进化记录表明，当针叶树种的机制崩溃时，它们变得“自由”以将其性状用于其他用途，或进化出全新的性状，莱斯利将这种现象称为“停滞和释放”。

莱斯利说：“从某种意义上说，也许这些特征像这样松散地结合在一起，实际上可能使它们时不时地寻求更好的解决方案。”

现在许多物种具有某些但不是全部三个特征。莱斯利说，以杜松为例，杜松仍然会散发液滴以捕获风中的花粉，但它们不再具有漂浮的球状花粉，而许多胚珠朝下，有些则没有。与此同时，铁杉已经完全移动，不断发展的花粉可以落在锥上的任何地方，并长出管子到达卵子。

莱斯利说，他希望这项研究能够引起人们对浮选授粉机制的关注，作为植物进化的有趣案例。

“这个系统有趣的是，它是一个长期的功能集成，似乎已经运行了数亿年，但是这个系统很好地显示了当这些功能交互失效时会发生什么，” Leslie说。“然后特质朝着自己的方向发展。”

该论文的其他作者是田纳西大学的Jeremy Beaulieu，耶鲁大学的Peter Crane和Michael Donoghue，以及德国的Botanischer Garten Rombergpark的Patrick Knopf。

出版物：安德鲁·B·莱斯利等人，“针叶树授粉生物学中的特质整合和宏观进化模式”，《进化》，2015年；土井：10.1111 / evo.12670

图像：帕特里克·科诺夫（Patrick Knopf）

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