植物在进化史上是如何登陆的?

植物在进化史上是如何登陆的?

地星引力,某青少年科普杂志编辑一枚~

如果我们回到寒武纪到奥陶纪早期的地球,将会发现除了河流和海洋周边,陆地上一片荒凉,那场面可能与火星地表很类似,只不过这个“火星”地表有大量的水。

那时候的地球看起来可能类似于有水的火星,地表一片荒凉 图 /sci-news
荒芜的火星地表 图 /NASA

但到了大约 4.76 亿年前,出现了一件大事——植物开始登上陆地了。

1.植物是怎么登陆的?

最早的类似于植物的生物就是一些单细胞的藻类(比如我们之前提到过的蓝细菌),这些藻类拥有光合作用的能力,并利用它们光合作用的能力在数十亿年的时间中缓慢地改变地球,最终让地球成为了一个富含氧气的星球。

这些藻类在漫长的演化过程中从单细胞逐渐演化成了多细胞生物,其中的一种——绿藻与植物的关系最为接近:它们具有叶绿素和纤维素成分的细胞壁,并且能够通过光合作用合成淀粉等有机物。

有一种属于绿藻门的植物轮藻,还具有类似植物的“茎”和“叶”,这些特征让它们与植物非常接近。科学家们推测,现生植物可能都是绿藻演化出来的

单细胞绿藻 图 / 维基百科
轮藻标本 图 / 维基百科
水中的轮藻 图 /Twitter

植物是怎么登上陆地的呢?可能是被海水冲上海岸的,这些被冲上海岸的藻类与同样到达陆地的真菌类一起会结合形成地衣,绿藻通过光合作用产生营养物质,而真菌则提供水和矿物质,同时提供保护并防止水分过渡蒸发,这两种生物共生的结果就是地衣可以在严峻的环境中生长,让这两种生物在贫瘠的史前地球陆地上艰难地生活下去。

墙上的地衣 图 / 维基百科
玄武岩上的地衣 图 / 维基百科

地衣是一种能够适应极度干旱条件的生物,在植物登陆之前的地球,这些早期登陆的物种开始对陆地进行改造,将地表的岩石破碎,这些物种死亡以后遗留下类的有机质也开始让地表肥沃起来。大约在 4.76 亿年前,苔藓植物就开始出现在陆地上了,科学家们现在发现了属于这一时代的植物孢子化石和植物碎片化石[13]。

岩石上的苔藓,正是地衣的改造,让地表出现了原始的土壤,这给了苔藓植物的出现和扩张很大的便利 图 /wikipedia

2.为什么说植物登陆很重要?

植物的出现,迅速地改变了地球陆地的环境,同时为动物的登陆创造了条件。

首先,植物的根系迅速破坏地表的岩石,这些岩石被破碎后产生了更大的表面积与大气和水进行化学反应,再一次大量消耗了空气中的二氧化碳(化学式请参见事件五),地球上的二氧化碳含量再一次开始下降;

其次,植物死亡以后它们的遗体又覆盖在这些被风化的岩石碎片上面,有机物与无机物的混合形成了肥沃的土壤,这些肥沃的土壤给其他微生物和新的植物提供了养分,这是一种正循环,植物→土壤→更多的植物→更多的土壤······在这种正循环下,植物迅速向全球的海滨蔓延扩散,就这样,地球的陆地上最初形成一圈海滨的绿带,澳大利亚的地图可能会给大家一些想象的启示。

澳大利亚的特征就是沿海一片绿,内陆全是荒地

当植物适应了淡水环境后,迅速沿着河流蔓延,绿色此时延伸到了内陆地带,但是只是沿着河流的一个条带;随后,植物们适应了陆地的纯干旱繁殖环境,于是最终占领了整个地球,让地球一片绿。

不知道大家有没有玩星际争霸的,星际争霸里面有一个虫族,必须要在被菌毯覆盖的土地上才能建造建筑,产生虫族士兵,地球上的这第一批植物就好像菌毯一样,它们迅速扩张产生土壤,土壤的产生才得以让更多的生物登上陆地生活。

星际争霸中的菌毯

最后,植物登陆后,首先到达的地方是海滨和河滨地带,在这些地带的湿地中开始生长,湿地上的植物产生的有机物对于海洋中的植食性生物来讲是一种很大的诱惑,这种诱惑“勾引”着动物们随着植物的脚步开始登陆,先是海滨,其次就是淡水环境,而后是陆地环境···所以, 实际上当我们讲到植物的登陆的时候,它背后跟着的是动物的登陆和演化,当然还有重大的气候的变化,这一点我们后面的事件中会讲到。