银杏:我的孤独,你不懂
银杏:我的孤独,你不懂
随着气温下降,银杏开启了一年中最华丽的篇章,从翠绿到金黄,用盛装演绎着岁月的更替。不过,你可能不信,满大街随处可见的银杏树,居然是濒危物种!亿万年来,这种美丽植物经历了什么?它何以挺过沧桑巨变走到今天?未来命运又会怎样?
“我已经很老了,老到记不得很多事情。”用这句话来形容银杏,一点都不夸张。银杏生命力顽强,是我们熟知的“活化石”:它已经在地球上存活了数亿年。
如今,银杏门下只有1纲——银杏纲;该纲之下只有1目——银杏目;银杏目下也只有1科1属1种——银杏。也就是说,现代银杏已没有任何现存于世的亲属物种,因为它所有的亲属,都在两亿七千万年以来的无数场浩劫里,从地球舞台上消失了。
世界各地发现的化石表明,银杏类曾在恐龙时代盛极一时,是真正的地球之子。人们从化石里找到当年它很多的亲缘物种,证明当时的银杏家族是优势物种。可惜,盛极必衰的规律,总是在地球上一次又一次上演。
约1.4亿年前,白垩纪晚期,地球气候变得干冷,被子植物横空出世,开始吞噬裸子植物的生存空间,成为大自然的新宠,而且发明了“一年生”这种近似耍赖的生活史——只在温暖的夏季开花结果,然后以种子的方式度过寒冬。
在这场无声的植物大战中,裸子植物全面溃败,银杏门下的所有物种,除了银杏之外,全部消失。
距今6500万年前的白垩纪—第三纪灭绝事件,不但使恐龙团灭,更是差点荡平陆地上的高大树木。在这一连串打击下,裸子植物只剩下四个大类得以生存,分别是今天的主角银杏、浑身是刺的松柏、傲娇不开花的苏铁和偷偷模仿被子植物的买麻藤。
之后,又经历若干次冰期,冰川运动带来剧烈的气候和地质变化,让银杏不断南迁,在最后一次冰期,银杏的生存领地被压缩到今天中国的西南地区。
强大基因密码加持 傲视两亿年沧海桑田
银杏是如何在近亲全部灭绝的情况下,还能活到现在的?银杏的唯一原产地是中国,2016年,我国科学家解码了银杏的基因组,解开了很多谜团。
首先,银杏的基因组经过两次加倍事件,演化出大量有用基因。科学家从银杏基因组中,找到四万八千多个基因,相比之下,人类基因只有两万个左右。基因多,可以应对的变化就会增加。而且每个基因都是潜力股,都有可能演变为新的基因,为银杏的进化带来变数。
科学家在银杏基因组中,还发现大量LTR-RT。它们是基因组里的小精灵,可以通过复制自身的方法,在基因组里到处乱窜而且越变越多。只要有变数,物种就有可能变成任何样子,从而增加自己活下去的可能性。
银杏基因组中,有非常多关于疾病和害虫的抗性基因。这些基因大多数是重复的,从而使银杏具有防御各种病虫害的能力。
此外,扬州大学银杏研究团队发现,600多岁的银杏古树尽管干细胞分裂变慢了,但并没有老化迹象,这些古树干细胞中,所有跟老化相关的生理和分子指标,都与20多岁的树没有显著差别。这种干细胞不断的持续分裂能力,也是银杏永葆青春的重要原因之一。
凭借基因的灵活多变,银杏躲过了各种灭绝事件,也挺过了数次冰川期——这是使其存活至今的重要原因,却不是唯一原因。
大约500万年前,银杏在北美洲灭绝。大约260万年前,银杏在欧洲灭绝。后来,银杏仅能生存在中国南方一些气候比较温暖湿润的山林里,直到它们遇上了人类。
银杏高大挺拔,抗病能力强,不需要什么苛刻的种植条件,所以成为人类的栽培作物之一。被人类驯化之后,银杏才算真正躲过了灭绝的命运。我们的先民将它栽种到全国各地,又在近代被重新引入到欧美乃至全世界。
三个“避难所”都在中国 海外银杏祖先也在中国
关于银杏这种“活化石”,有两个问题一直悬而未决:第一,世界上是否还存在野生银杏种群?第二,银杏在进化上是否已陷入“灭绝旋涡”?
植物“避难所”,是野生种群存在的前提。在全球经历极端气候特别是冰川期时,物种大幅灭绝衰退,一些地貌复杂的山谷,可能成为残存森林及其幸运物种的“避难所”。
为寻找银杏的“避难所”种群,浙江大学、中国科学院植物研究所和华大基因研究院的科学家,通过5年通力合作,对全球545棵银杏大树进行基因组重测序,构建起迄今最大的银杏遗传数据库。
这些树木胸径都在50厘米以上(树龄大约100岁),分别来自中国、韩国、日本、北美洲和欧洲,是迄今为止银杏样品采集范围最广的。
通过分析,研究团队鉴定出银杏的4个古老遗传成分,存在于中国的3个“避难所”:东部(浙江天目山为代表)、西南(贵州务川、重庆金佛山为代表)以及南部(广东南雄、广西兴安为代表)。此外,大巴山脉和湖北大洪山区分布的银杏,是南部和西南部种群在冰期形成的混合种群。
团队负责人傅承新教授介绍,这些不同的避难所,保留了现存银杏的不同“家系”。研究进一步表明,目前遍布全球的银杏,几乎均源自以浙江天目山种群为代表的中国东部种群,“银杏先迁移到日本和韩国,再从中国东部迁移到欧美,而且欧洲的银杏源自中国。”
研究者介绍,在此之前,人们一直误以为欧洲的银杏是日本迁移过去的。“遗传成分分析告诉我们,欧洲银杏现存的遗传成分,更接近于我国天目山银杏,而与日本的银杏差异较大。”
著名植物学家彼得·克兰曾在《银杏:被时间遗忘的树种》一书中,描述银杏“是中国送给世界的珍贵礼物。”如今,这句话有了更有力的科学证据。
我国东部的天目山保护区一共有银杏大树254棵,对于它们是否为野生种群,学术界一直存在争议。有学者认为,这些银杏有可能是僧人引种的结果。
银杏树的年龄,普遍能达到1000年以上,如何判断是否野生?“首先,我们是从种群水平判断是否野生,而不是评价单个植株。其次,从外形看,野生与人工栽培的种群难以直接判断。”研究者赵云鹏说,“但是基因不会说谎,通过遗传信息分析,结合野外调查结果,就可以判断是否野生。”
遍布大街小巷的银杏,可能都是同胞姊妹
银杏凭借强大的适应能力和抗逆能力,跨越亿万年来到我们面前,可我们目前唯一能做的,便是通过引种栽培等手段,单一地“复制”着它们的唯一血脉。
目前,全世界包括国内的很多银杏,都是浙江天目山的后代或者克隆体,这意味着你在大街小巷看到的银杏们,可能都是一母同胞的姊妹。
“近亲繁殖”导致其遗传多样性非常狭窄,一定程度上存在相当大的隐患,如果遇到病虫害或其他疫病,可能会全军覆没。
银杏野外的植株幼苗十分罕见,这是为何?这很有可能与它开花结果的周期有关。
人们常说银杏树从种植到第一次结果要20年,40年后果实才能挂满枝头,它们开花的季节一般在春末夏初。从这点来看,银杏树的开花周期已经超过绝大部分授粉生物的生命,很多生物可能等了一辈子都没采过银杏花。久而久之,它们便遗忘了银杏树,即使开花也少有昆虫为它们授粉。
另一个令人担忧的现状是,科学家在野外监测时发现,许多野生的银杏大树周边,已经十多年没见天然更新的幼树和超过3年的成活幼苗。
这也是决定银杏“濒危”地位的关键因素——因其种群数量少,遗传多样性单调,再加上断层现象,野生银杏被列为国家一级保护树种,并被世界自然保护联盟(IUCN)划归野外濒危物种。
不过,浙江大学植物系统进化研究团队带来一个好消息,“虽然就银杏科或银杏属而言,现存物种多样性极低,但现存银杏是具有足够适应潜力的物种,并非处于灭绝旋涡或进化末端。”团队成员赵云鹏说,“这意味着银杏在面临环境变异时,有较多的应对‘方案’。我们相信,银杏还在继续进化,至少不至于很快灭绝,甚至有可能东山再起,重现昔日银杏家族的荣光。”