遠古石松植物如何“挺過”大滅絕

來源：科技日報

科技日報記者 張夢然

地球曾像一個巨大高壓鍋，溫度飆升、空氣污濁，絕大多數(shù)生命慘遭滅頂之災。約2.52億年前，二疊紀—三疊紀之交，地球就經(jīng)歷了這樣一場大滅絕。當時，大規(guī)模的火山噴發(fā)引發(fā)全球災難性變暖、二氧化碳濃度急劇上升、海洋缺氧與酸化，導致陸地植被面貌徹底改變：曾經(jīng)郁郁蔥蔥的森林大片消失，取而代之的是一片片結(jié)構(gòu)簡單、種類貧乏的植物群落，其中以石松類植物為主導。

這些不起眼的遠古植物，如何在如此嚴酷的環(huán)境中存活下來？最近，《自然·生態(tài)與演化》上發(fā)表的一項研究，為我們揭開了它們的生存秘密。

英國利茲大學地球與環(huán)境學院和中國地質(zhì)大學科學家仔細分析了中國西南部地區(qū)的285件石松類植物化石，并結(jié)合文獻記載的200件化石資料，將它們與現(xiàn)存及化石近親進行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些二疊紀—三疊紀的石松類植物，與今天一種非常小巧、常生活在水邊或濕地的植物——水韭，有著密切的親緣關(guān)系。

這些遠古石松的碳同位素特征顯示，它們與周圍其他植物不同，碳元素組成相對“富集”。這種模式與現(xiàn)代水韭的觀測結(jié)果相似，暗示它們很可能采用了一種特殊的生存策略：在環(huán)境壓力下，轉(zhuǎn)而進行一種更為靈活、節(jié)水能力更強的光合作用途徑——景天酸代謝（CAM）。

CAM就像植物在極端環(huán)境下的節(jié)能生存模式，白天關(guān)閉氣孔減少水分流失，夜晚再吸收二氧化碳進行轉(zhuǎn)化。這種“機智”的代謝調(diào)整，很可能幫助它們在早三疊世的嚴酷環(huán)境中挺了過來。氣候模擬結(jié)果顯示，這些石松類植物生活的地區(qū)，日間最高氣溫經(jīng)常突破40℃，某些局部地表溫度甚至可能飆升至驚人的65℃。

這項研究提示我們，依靠CAM光合作用的能力，可能是這些石松類植物耐受極端高溫與高二氧化碳濃度的關(guān)鍵秘籍。如今，CAM途徑在多種被子植物中仍十分常見，且在演化歷史上曾多次獨立出現(xiàn)，凸顯了它是植物應對極端環(huán)境的一項重要“柔性適應機制”。

當然，科學家也謹慎指出，由于該時期的化石記錄并不完整，并非所有植物類群都便于直接比較，因此結(jié)論仍存在一定的不確定性。但這項研究無疑打開了一扇窗：透過2.5億年前的植物生存智慧，我們或許能獲得啟發(fā)，進一步理解在當今全球變暖的背景下，陸地生態(tài)系統(tǒng)可能經(jīng)歷的變遷與未來的適應潛力。