Quá trình tiến hóa của thực vật: diễn ra trong hai đợt với thời gian gián đoạn 250 triệu năm

Nghiên cứu sử dụng một số liệu mới nhưng đơn giản để phân loại độ phức tạp của thực vật dựa trên sự sắp xếp và số lượng các bộ phận cơ bản trong cấu trúc sinh sản của chúng. Trong khi các nhà khoa học từ lâu cho rằng thực vật trở nên phức tạp hơn với sự ra đời của hạt giống và hoa, nhưng phát hiện mới được công bố ngày 17 tháng 9 trên tạp chí Science , cung cấp cái nhìn sâu sắc về thời gian và mức độ của những thay đổi đó.

Tác giả chính của nghiên cứu Andrew Leslie, Andrew Leslie, một trợ lý giáo sư khoa học địa chất tại Stanford, cho biết: “Điều đáng ngạc nhiên nhất là sự phức tạp này sau quá trình tiến hóa ban đầu của hạt giống và sau đó là sự thay đổi hoàn toàn xảy ra khi thực vật có hoa bắt đầu đa dạng hóa. Trường Khoa học Trái đất, Năng lượng & Môi trường (Stanford Earth). “Các cấu trúc sinh sản trông khác nhau ở tất cả các loài thực vật này, nhưng tất cả chúng đều có cùng một số bộ phận trong quá trình ngưng trệ đó.”

Một so sánh bất thường

Hoa đa dạng hơn tất cả các nhóm thực vật khác, tạo ra màu sắc, mùi và hình dạng để nuôi dưỡng động vật và làm hài lòng các giác quan. Chúng cũng rất phức tạp: các cánh hoa, bao phấn và nhụy hoa đan xen nhau theo những cách sắp xếp chính xác để thu hút các loài thụ phấn và lừa chúng lây lan phấn hoa từ hoa này sang hoa khác.

Sự phức tạp này khiến các nhà khoa học khó so sánh thực vật có hoa với thực vật có hệ sinh sản đơn giản hơn, chẳng hạn như dương xỉ hoặc một số loài cây lá kim. Do đó, các nhà thực vật học từ lâu đã tập trung vào các đặc điểm trong các nhóm họ và thường nghiên cứu sự tiến hóa ở các loài thực vật không có hoa tách biệt với các họ hàng có hoa phức tạp hơn của chúng.

Leslie và các đồng tác giả của ông đã khắc phục những khác biệt này bằng cách thiết kế một hệ thống phân loại số lượng các loại bộ phận khác nhau trong cấu trúc sinh sản chỉ dựa trên quan sát. Mỗi loài được chấm điểm dựa trên số lượng các loại bộ phận mà nó có và mức độ mà nó thể hiện thành cụm của các bộ phận đó. Họ đã phân loại khoảng 1.300 loài thực vật trên cạn từ khoảng 420 triệu năm trước cho đến nay.

Leslie nói: “Điều này kể một câu chuyện khá đơn giản về quá trình tiến hóa sinh sản của thực vật về hình thức và chức năng: Thực vật càng có nhiều chức năng và càng cụ thể thì chúng càng có nhiều bộ phận,” Leslie nói. “Đó là một cách suy nghĩ hữu ích về những thay đổi trên quy mô rộng bao gồm toàn bộ lịch sử thực vật.”

Từ cây bụi đến hoa nở

Khi thực vật trên cạn lần đầu tiên đa dạng hóa vào đầu kỷ Devon khoảng 420 triệu đến 360 triệu năm trước, Trái đất là một thế giới ấm hơn không có cây cối hoặc động vật có xương sống trên cạn. Arachnids như bọ cạp và bọ ve lang thang trên đất giữa những cây ngắn, loang lổ và sinh vật cao nhất trên đất là một loại nấm dài 20 foot giống như thân cây. Sau kỷ Devon, những thay đổi lớn đã xảy ra trong vương quốc động vật: Động vật trên cạn tiến hóa để có kích thước cơ thể lớn và chế độ ăn đa dạng hơn, côn trùng đa dạng, khủng long xuất hiện – nhưng thực vật không thấy sự thay đổi lớn về mức độ phức tạp sinh sản cho đến khi chúng phát triển ra hoa.

Leslie cho biết: “Sự thụ phấn của côn trùng và sự phát tán hạt giống của động vật có thể đã xuất hiện từ 300 triệu năm trước, nhưng phải đến 100 triệu năm gần đây, những tương tác thực sự phức tạp này với các loài thụ phấn mới tạo nên sự phức tạp siêu cao ở các loài thực vật có hoa,” Leslie nói. “Đã có một khoảng thời gian dài mà thực vật có thể tương tác với côn trùng theo cách mà thực vật có hoa làm bây giờ, nhưng chúng không phức tạp đến mức như vậy.”

Vào kỷ Phấn trắng muộn, khoảng 100 đến 66 triệu năm trước, Trái đất gần giống với hành tinh mà chúng ta biết ngày nay – hơi giống với Vườn quốc gia Yosemite khi không có cây hoa và bụi rậm. Theo Leslie, lần bùng nổ thứ hai phức tạp hơn lần thứ nhất, nhấn mạnh bản chất độc đáo của thực vật có hoa. Thời kỳ đó đã phát sinh ra những loài thực vật như hoa lạc tiên, có thể có 20 loại bộ phận khác nhau, nhiều hơn gấp đôi số lượng được tìm thấy ở những loài thực vật không có hoa.

Các nhà nghiên cứu đã phân loại 472 loài sống, một phần trong số đó Leslie thực hiện trong và xung quanh khuôn viên trường Stanford bằng cách tách các cây địa phương ra và đếm các cơ quan sinh sản của chúng. Phân tích bao gồm các loài thực vật có mạch – tất cả mọi thứ ngoại trừ rêu và một số loài thực vật ban đầu thiếu mô hỗ trợ để dẫn nước và khoáng chất.

“Một điều chúng tôi tranh luận trong bài báo này là sự phân loại này chỉ đơn giản phản ánh sự đa dạng về chức năng của chúng,” Leslie nói. “Về cơ bản, họ chia nhỏ lao động của mình để làm những việc họ cần làm hiệu quả hơn.”

Các đồng tác giả nghiên cứu bao gồm Carl Simpson của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Đại học Colorado và Luke Mander của Đại học Mở.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Stanford cung cấp . Bản gốc do Danielle Torrent Tucker viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Andrew B. Leslie, Carl Simpson, Luke Mander. Các đổi mới về sinh sản và sự gia tăng nhanh chóng về độ phức tạp của cây trồng . Khoa học , năm 2021; 373 (6561): 1368 DOI: 10.1126 / science.abi6984