斯坦福大学领导的一项研究表明，陆地植物并没有经过数亿年逐渐进化，而是在相隔 2.5 亿年的两次戏剧性爆发中经历了重大的多样化。第一次发生在植物历史的早期，导致种子的发育，第二次发生在开花植物的多样化过程中。

该研究使用一种新颖但简单的度量标准，根据植物生殖结构中基本部分的排列和数量对植物的复杂性进行分类。长期以来，科学家们一直认为植物会随着种子和花朵的出现而变得更加复杂，但 9 月 17 日发表在《科学》杂志上的新发现为了解这些变化的时间和幅度提供了见解。

斯坦福大学地质科学助理教授安德鲁莱斯利说：“最令人惊讶的是这种停滞，种子最初进化后的这种复杂性，然后开花植物开始多样化时发生的全面变化。”地球、能源与环境科学学院(斯坦福地球)。“所有这些植物的生殖结构看起来都不同，但在停滞期间，它们的部分数量大致相同。”

不寻常的比较

花比其他所有植物群都更加多样化，产生的颜色、气味和形状可以滋养动物并愉悦感官。它们也很复杂：花瓣、花药和雌蕊以精确的排列交织在一起，以引诱传粉者并诱使它们将花粉从一朵花传播到另一朵花。

这种复杂性使科学家很难将开花植物与生殖系统更简单的植物(如蕨类植物或某些针叶树)进行比较。因此，植物学家长期以来一直关注家族内的特征，并且通常将非开花植物的进化与其更复杂的开花近缘植物分开研究。

Leslie 和他的合著者通过设计一个系统来克服这些差异，该系统仅基于观察就可以对生殖结构中不同种类的部分的数量进行分类。每个物种根据它有多少类型的部分以及它表现出这些部分的聚类程度进行评分。从大约 4.2 亿年前到现在，他们对大约 1,300 种陆地植物进行了分类。

“这在形式和功能方面讲述了一个关于植物生殖进化的非常简单的故事：植物具有的功能越多，它们越具体，它们的部分就越多，”莱斯利说。“这是思考涵盖整个植物历史的大规模变化的有用方式。”

从灌木到花朵

当陆生植物在大约 4.2 亿至 3.6 亿年前的早泥盆世首次多样化时，地球是一个没有树木或陆生脊椎动物的温暖世界。像蝎子和螨虫这样的蛛形纲动物在短小的、斑驳的植物中漫游，而最高的陆地生物是一种 20 英尺长的类似于树干的真菌。泥盆纪之后，动物界发生了巨大的变化：陆地动物进化到体型更大、饮食更加多样化、昆虫多样化、恐龙出现——但植物在发育出花朵之前并没有看到繁殖复杂性的重大变化。

“昆虫授粉和动物种子传播可能早在 3 亿年前就出现了，但直到最近 1 亿年，这些与传粉媒介真正复杂的相互作用才推动了开花植物的这种超高复杂性，”莱斯利说。“在很长一段时间里，植物可以像现在开花植物那样与昆虫相互作用，但它们并没有达到同样复杂的程度。”

在大约 100 到 6600 万年前的晚白垩世，地球更像我们今天所知的星球——有点像优胜美地国家公园，没有开花的树木和灌木。根据莱斯利的说法，第二次爆发的复杂性比第一次更加戏剧化，强调了开花植物的独特性。那个时期产生了像西番莲这样的植物，它可以有 20 种不同类型的部分，是非开花植物数量的两倍多。

研究人员对 472 种生物进行了分类，其中莱斯利在斯坦福大学校园内外进行了部分分类，方法是简单地将当地植物拉开并计算它们的生殖器官。分析包括维管束陆生植物——除了苔藓和一些缺乏支持水和矿物质的组织的早期植物之外的所有植物。

“我们在本文中争论的一件事是，这种分类只是反映了它们的功能多样性，”莱斯利说。“他们基本上是分工，以便更有效率地做他们需要做的事情。”