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更多葉脈能使植物更好地進行光合作用

　　作為占據陸地植被96%以及擁有幾十萬物種的大家族，開花植物無疑是地球上最成功的陸生植物。那么蘭花、雛菊和它們的同伴究竟是如何擁有這一統治地位的呢？研究人員一直將這一功勞記在了這些植物盛開的花朵上，后者吸引昆蟲和其他動物來幫助自身繁殖與傳播。然而兩位植物生物學家相信，這項榮譽其實應該歸葉片所有。更多的葉脈使得植物能夠更好地進行光合作用，研究人員報告說，這最終讓被子植物在這場競爭中笑到了最后。

互葉梅(一種早期被子植物)的葉脈非常稀少(左一)，但是它們的密度卻會隨著時間的流逝而增加，如現代的豆類植物(右一)則具有很高的葉脈密度。(圖片提供:Timothy Brodribb)

　　據美國《科學》雜志在線新聞報道，澳大利亞塔斯馬尼亞大學的水力生理學家Timothy Brodribb與美國諾克斯維爾市田納西大學的Taylor Feild，之前曾研究過葉片傳輸水的過程。他們注意到，與晚期的被子植物相比，早期被子植物的葉片中似乎僅僅包含了較少的葉脈。Brodribb回憶說：“這一不同尋常的對比結果讓我們很震驚。”

　　他們的研究表明，葉脈的密度對于植物進行光合作用的能力是非常重要的。為了生長，植物必須通過葉片上名為氣孔的閥門來吸收二氧化碳。而當氣孔張開時，植物體內的水分便會流失，因此植物只有更有效地輸送水分以補充流失的濕氣，才能夠打開更多的氣孔以吸收二氧化碳。研究人員于是便尋思，每個葉片上進化出更多葉脈是否為被子植物的擴張和傳播奠定了基礎？

　　經過6年時間對13個國家進行的野外考察，兩位研究人員對504種開花植物和225種其他植物——包括166種已經滅絕的物種——的葉脈進行了分析，旨在搞清葉脈模式隨著時間流逝而呈現的發展趨勢。此外，他們還調查了水分和二氧化碳在35種開花及不開花植物葉片中的交換情況。

　　Brodribb表示：“葉脈的轉化證據是非常明顯的。”較早期的被子植物具有葉脈較少的單葉形式。但是大約在距今1億年前，新的被子植物進化出了2倍、3倍，直至最終10倍數量的葉脈。研究人員最近在《生態學快報》網絡版上報告了這一研究成果。

　　根據研究人員提出的植物生理學模型，3倍的葉脈密度將使植物的光合能力增加兩倍。Brodribb和Feild認為，更多的光合作用意味著植物生長所需更多的碳。而這最終使得被子植物在1.5億年前逐漸把包括針葉樹在內的競爭者趕下了“統治者的寶座”，并讓被子植物成為地球上最高產的陸生植物。研究人員認為，被子植物的花在植物多樣性方面扮演了重要角色，但正是葉脈使得這些植物變得如此豐富。

　　美國大學公園城賓夕法尼亞州立大學的古植物學家Peter Wilf表示：“葉脈密度的重要性從未像現在這般清晰。”他說，“這項研究成果為搞清與其他植物相比，被子植物為什么、何時以及如何進化出更高效的光合作用提供了第一個定量的、生理學上的以及系統發育的架構。”加利福尼亞大學洛杉磯分校植物生理學家、生態學家Lawren Sack強調，這篇論文很可能具有非常重要的影響，從而使得古生物學家能夠更好地評估遠古化石的光合作用水平。