一种非洲百合花（非洲龙舌兰）被分成了几个部位。根据一种植物复杂性的新分类，非洲百合的生殖结构有12种类型，其中一些未显示在图中的结构位于种子上或子房内。相比之下，典型的蕨类植物只有一种生殖部位。（图片来源：Andrew Leslie）
斯坦福大学领导的一项研究揭示，陆生植物并非在数十亿年间逐渐进化，而是在相隔2.5亿年间经历了两次主要的多样化的急剧爆发。第一次爆发在植物史的早期，导致了种子的发育，第二次爆发发生在开花植物多样化的过程中。
这项研究使用了一种新颖而简单的度量方法，根据植物生殖结构中基本部位的排列和数量为植物的复杂性进行了分类。长期以来，科学家认为随着种子和花朵的出现，植物变得越来越复杂了，9月17日发表在《科学》（Science）杂志上的新发现为这些变化的时间和规模提供了见解。
“最令人惊讶的是这种停滞，这种发生在种子最初进化后的复杂性，以及开花植物多样化开始时的总体变化。”领导此项研究的作者Andrew Leslie说道，他是斯坦福大学地球、能源和环境科学学院的地质科学助理教授，“所有这些植物的生殖结构看起来都不一样，但是它们在停滞期拥有的部位数量相近。”
一项不同寻常的比较
花比其他植物群更加多样，它们产生的颜色、气味和形状可以滋养动物并且愉悦感官。它们也更复杂，花瓣、花药和雌蕊精确地排列交织在一起，引导传粉者，并诱导它们在花朵间传播花粉。
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进行比较，比如蕨类植物或某些针叶植物。因此，植物学家长期以来更关注族群内部的特征，并且通常将非开花植物的进化与其他更复杂的近缘开花植物分开研究。
Leslie和其他合著者通过设计一个分类系统克服了这些差异，这个系统仅根据观察就可以对不同种类的生殖结构部分的数量进行分类。根据它有多少类型的部位以及它表现出这些部位的聚集程度，每个物种都会被评分。他们对大约1300种陆生植物进行了分类，时长从4.2亿年前跨越到当今。
“从形式和功能上，这告诉了我们一件关于植物生殖进化的非常简单的事情：植物拥有的功能越多、越独特，它们拥有的部位就越多。”Leslie说道，“这种思考方式对于研究涵盖整个植物史的大规模变化十分有用。”
（图片来源：Unsplash）
从灌木到花朵
当陆生植物在大约4.2亿年至3.6亿年前的泥盆纪早期开始进行多样化时，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零星的矮小植物中漫步，而最高的陆地生物是一种20英尺（约6米）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：陆地动物进化后体型更大、饮食更多样化，昆虫更多样，恐龙出现了——但是植物的繁殖复杂性直到它们发育出花朵后才发生重大变化。
“昆虫授粉以及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，这些与传粉者之间的复杂相互作用才使开花植物变得高度复杂。”Leslie说道，“在很长的一段时间内，植物可以像现在开花植物那样和昆虫进行互动，但是它们没有达到相同的复杂程度。”
（图片来源：Unsplash）
在大约100到6600万年前的白垩纪晚期，地球更像是我们如今熟知的星球：有点像没有会开花的树和灌木的优胜美地国家公园。根据Leslie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。这个时期产生了像西番莲这样的植物，它有20种不同类型的部位，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，其中部分由Leslie在斯坦福校园内通过简单地将当地植物拆开，并对它们的生殖器官数计数完成。他的分析包括了维管陆生植物，即除了苔藓和一些早期植物之外的所有植物，这些早期植物缺乏支持水和矿物质的组织。
“我们在这篇论文中提出的一点是，这种分类方式仅仅反映了它们功能的多样性。”Leslie说道，“这样基本的分工是为了更有效率地完成它们需要做的事情。”
翻译：李欣怡
审校：赵冰莹
引进来源：物理学家组织网
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