中国东北发现侏罗纪化石揭秘生物演化之谜

中国东北发现侏罗纪化石揭秘生物演化之谜

近日，中国科学院昆明植物研究所的研究团队在《Cladistics》上发表了一项重要研究成果。他们通过对在中国东北地区发现的早白垩纪水龙骨类化石进行系统发育基因组学研究，揭示了水龙骨目蕨类植物的早期演化历史。这一发现不仅填补了对生态系统塑造的部分认知空白，还展示了水龙骨目和被子植物同期多样化的模式，进一步丰富了我们对古生物学和生命演化的认识。

蕨类植物是现存维管植物中除被子植物以外多样性和丰富度最高的类群，其种数大约是裸子植物和石松类植物总数的5倍。在目前被广为接受的蕨类植物分类系统（PPG I,2016，J. Syst. Evol. 54: 563-603）中，收录了48科319属约10578种蕨类植物（monilophytes,ferns），其中核心类群水龙骨目（Polypodiales，polypods）包括250余属约8700种。

鳞毛蕨科（Dryopteridaceae）隶属水龙骨目，是蕨类植物中最大的科，包括2100余种，占所有现存蕨类植物种类的五分之一。该科近全球分布，温带和热带山区多样性最高，从沿海地区到高山树线均可发现鳞毛蕨科植物的身影。鳞毛蕨科大多数种为陆生，石生、附生、半附生，还有一些热带类群为根攀缘植物。该科植物具有复杂而丰富的形态多样性，基本涵盖了水龙骨目的多种形态性状。该科根状茎有横走、直立、斜生，或（偶）攀援；叶片一型（不区分孢子叶和营养叶，叶片既能进行光合作用又能产生孢子）或二型（孢子叶和营养叶形状不同），单叶到一至五回羽状分裂；叶脉羽状离散或网结成网眼，孢子囊多聚合为圆形孢子囊群，偶散生（于叶片背面）；囊群盖有或无。

中国科学院昆明植物研究所种质库植物多样性与系统发育基因组学专题组长期聚焦水龙骨目植物的分类与系统发育研究。近期专题组联合美国密苏里植物园Li-Bing Zhang教授、法国巴黎自然历史博物馆的Germinal Rouhan博士、中国科学院华南植物园的董仕勇研究员和中国科学院西双版纳热带植物园的刘红梅副研究员，对PPG I系统承认的鳞毛蕨科的所有属进行了取样，获得了鳞毛蕨科91个物种的叶绿体全基因组，重建了该科所有现存属的高支持率的系统发育树。系统发育分析结果显示鳞毛蕨科聚入7个主要分支（major clade），又亚分为24个分支（clade）。为鉴定各主要分支的形态特征，并将广义形态和分子数据进行整合，项目组筛选出13个形态性状进行详细的统计分析，结果显示其中7个形态性状可用于区分鳞毛蕨科的7个主要分支和24个分支。这些形态性状包括习性、根状茎形态、叶片形态、叶轴-中肋结构、叶柄基部和叶面上的附属物（包括鳞片、毛和刚毛等）类型及形态以及孢子排列方式。

在对鳞毛蕨科进行系统重建和形态性状统计分析的基础上，项目组更新了鳞毛蕨科的分类系统，将鳞毛蕨科分为7个亚科和24个属，其中包括4个新建立的亚科（肋毛蕨亚科Ctenitoideae,节毛蕨亚科Lastreopsidoideae,黄腺羽蕨亚科Pleocnemioideae和绵耳蕨亚科Polystichopsidoideae）。在该系统中，PPG I的大部分属得到认可，其中之前研究未解决其系统位置的Stigmatopetris被归入鳞毛蕨亚科Dryopteridoideae， Arthrobotrya被处理为符藤蕨属Teratophyllum的异名。另外，项目组还发现并描述了一个分布于马达加斯加的特有新属——假复叶耳蕨属Pseudarachniodes。

该研究重建了世界范围内的鳞毛蕨科的系统关系，提出了鳞毛蕨科的7亚科24属的分类系统，并确定了一些可支持各主要分支（亚科）的形态学共衍征。强健的系统发育框架和重构的形态特征演化为鳞毛蕨科不同谱系之间的系统发育关系提供了新的认识，为今后鳞毛蕨科的分类学、生物地理学和多样性研究提供了基础框架。

蕨类植物在地球生态系统中扮演着重要角色。尽管被子植物在全球生态系统中占据了主导地位，但蕨类植物通过演化出独特的生存策略，成功地在被子植物为主的森林中占据了一席之地。它们具有极强的环境适应能力，能够在各种生境中生存，从热带雨林到温带山区，甚至在一些极端环境中也能找到它们的身影。

水龙骨类蕨类植物的多样化和适应性，为研究植物演化和生态系统演变提供了重要线索。它们的生存策略和生态位，为我们理解生物多样性维持机制提供了新的视角。

早白垩纪时期，中国东北地区的地质环境发生了显著变化。这一时期，松辽盆地的古气候研究显示，该地区可能经历了温暖湿润的气候条件，为植被和生物多样性的发展提供了有利环境。

东北地区的地质记录显示，早白垩纪时期该地区处于一个相对稳定的地质时期，为生物多样性的发展提供了有利条件。这一时期的地质环境，为水龙骨类蕨类植物的多样化提供了理想的栖息地。

这一发现对理解陆地植被革命具有重要意义。水龙骨类蕨类植物的多样化过程，与被子植物的崛起发生在同一时期，这表明两者之间可能存在某种生态联系。通过研究水龙骨类蕨类植物的演化历史，科学家们能够更好地理解陆地生态系统在这一关键时期的演变过程。

这一发现不仅填补了对生态系统塑造的部分认知空白，还展示了水龙骨目和被子植物同期多样化的模式，进一步丰富了我们对古生物学和生命演化的认识。它为我们揭示了地球历史上一个关键时期的生态面貌，也为研究生物多样性演化提供了新的线索。