未标题-1.jpg

苔藓——宏大世界中的小小植物

新浪科技 2021-03-23

  苔类植物和藓类植物统称为苔藓。它们构成了一片片美丽的微观“森林”,但由于体型迷你、又没有鲜艳的花朵,常常为人所忽视。然而从进化的角度来看,恰恰是苔藓的这些特征,使其显得格外有趣。

  “苔藓有着一套迷人而复杂的生物学机制,”史密森尼热带研究所助理研究员胡安•卡洛斯•维拉瑞尔指出,“尽管个头很小,但这些植物为了成功存活而做出的进化调整着实有趣。”

  苔藓在环境中的作用也很重要:它们长在肥沃的土壤上,吸收养分和水分,再将其缓缓释放到生态系统中,从而促进土壤的形成、让更多的植物得以生长。

  然而,我们对苔藓还有许多不甚明了之处,尤其是在苔藓较为稀少、因而相关研究也较少的热带地区。目前,科学家对研究热带地区苔藓的兴趣正在逐渐增加,希望能进一步弄清它们的进化过程、以及它们在该地区生物多样性中扮演的角色。

  “每个物种在自然界中都有自己的角色,”维拉瑞尔补充道,“而且每个新物种的发现都说明,我们需要对生物多样性加以关注。我们需要弄清楚,究竟有多少物种的生态功能是我们必须去了解的。”

  苔藓是什么? 

  苔藓是地衣、苔类植物和藓类植物的非正式统称。它们属于非维管植物,没有根部或维管组织,而是通过表面(即叶片)吸收空气中的水分和养分。大多数苔藓只能长到几厘米高。此外,由于苔藓没有根部,它们可以生长在其它植物无法生存之处,比如砖块、墙壁、人行道表面等等。苔藓植物喜欢潮湿阴暗的环境,但它们的栖息地其实十分丰富多样、有些甚至颇为极端,从沙漠到极地,都能找到它们的身影。全球总共约有11000种地衣、7000种苔类植物、以及220种藓类植物。

  此外,苔藓植物不属于开花植物,因此通过孢子、而非种子进行繁殖。

  “它们可以产生成千上万、甚至成百上千万个孢子,然后以风为媒介,将孢子散播出去。”维拉瑞尔解释道,“有些种类的散播能力简直惊人,孢子甚至能飘到其他国家和大洲。”

  很久以来,科学家一直将苔藓视为现存生物中与最早的陆生植物关系最近的“近亲”,其祖先可以追溯到5亿年前。然而,近年来的一些研究提出了另一种不同的假说。不过这种假说同样没有低估苔藓的进化潜力。

  “苔藓可以帮助我们了解地球上最早的植物在占领陆地环境的过程中、是怎样做出调整适应的。”史密森尼热带研究所科学家、植物系统学专家诺丽丝•萨拉扎•艾伦指出。

  “不过,所有现存的苔藓种类都是最近才出现的,说明许多苔藓在进化过程中都消失了,它们的后代又经历了进一步演化,才形成了如今多样化的局面。”维拉瑞尔表示,“现存的苔藓种类有着极其丰富的遗传多样性,还拥有巨大、但仍不为人所知的进化潜力,在热带地区尤其如此。”

  诺丽丝•萨拉扎•艾伦是少数专注于研究巴拿马地区苔藓植物多样性的科学家之一。当她还在纽约州立大学攻读硕士学位时,从和她的教授之一(一名苔藓专家)的交流中获得了启发,就此进入了苔藓植物学领域。

  “我当时并不了解这些植物,所以我觉得研究它们应该很有趣。”

  无独有偶,维拉瑞尔博士也是受到了一个人的启发,才进入苔藓植物学领域的:这个人便是诺丽丝•萨拉扎•艾伦教授。

  “她在我本科时带我走进了藓类植物的世界,”他回忆道,“后来我在攻读硕士、博士和博士后学位时,都选择了研究藓类植物。这种植物涉及的生物学简直太奇妙了!”

  除了在萨拉扎•艾伦的指导下、在史密森尼热带研究所担任实习生之外,维拉瑞尔还曾与前者合作研究过植物与蓝藻(苔藓可利用蓝藻获取氮元素)在基因组层面上的共生关系。他们希望这项研究可以帮助研发相关基因工具,减少农作物对人造化肥的需求。

  最近,萨拉扎•艾伦在从巴拿马和巴西采集的样本中发现了一种新的地衣品种。去年十月,她和实验室技术人员何塞•古蒂诺在期刊《Phytokeys》上发表了一篇题为《Octoblepharum peristomiruptum (Octoblepharaceae):一种来自新热带区的新物种》的论文,详细介绍了这项发现。他们在重新分析了400多份应属于另一品种(O。 albidum)的样本之后,才确定了这是一个全新的品种,并将其命名为O。 peristomiruptum。这是萨拉扎•艾伦职业生涯中命名的第四个物种。除此之外,她还命名过三个亚种,并且在其它一些新物种发表时担任过共同作者。

  “每次我们发现一个新物种,它都能帮助我们了解苔藓植物的进化方式、以及过去千百万年来的进化过程。”

  “说到苔藓植物的生物多样性,我们目前还处于‘存货盘点’阶段,”维拉瑞尔补充道,“苔藓的种类识别起来比其它植物要困难得多,而且相关的生理学、生态学以及基因组学研究都很匮乏。”

  慷慨的苔藓 

  尽管个头小,但苔藓在生态系统中发挥了一项重要作用:吸收。

  “它们可以从雨中、甚至雾中吸收水分,储存多余的雨水,以防发生洪水和土壤侵蚀。”萨拉扎•艾伦解释道,“在云雾缭绕的森林中,它们就像海绵一样,为森林及地下水提供了一座‘蓄水池’。它们还会为森林吸收、储存和回收水分与养分,并且给许多无脊椎动物提供了庇护所和食物。”

  此外,当生态系统遭到干扰、开始退化时(比如遭遇了火山爆发、野火、滥砍滥伐等等),苔藓植物可以在生态演替早期打好基础、帮助其它植物重新生长。由于苔藓借助孢子繁殖,它们可以迅速蔓延开来,使土壤变得稳定,减少土壤流失和水分蒸发。

  加拿大和英国苔藓数量丰富,因此针对苔藓及其重要性的研究比其它国家多得多。此外,“北方地区的苔藓品种更为丰富多样,覆盖的地表面积更广,在生态系统中起到的作用也更加明显。”维拉瑞尔解释道,“例如,泥炭苔在加拿大魁北克省的覆盖面积达8%,约1160万公顷。”泥炭苔是一座效率极高的天然“蓄碳池”,可以无限量地积累和储存碳,因此在气候变化对抗战中得到了许多关注。

  然而,虽然苔藓植物在北半球被研究得更充分、对生态系统的益处也被了解得更深入,但在热带地区,它们得到的关注远不及开花植物。

  “它们所占的生物量并不大,特别是在山地地区,因此人们容易认为它们的生态作用比不上其它植物。”维拉瑞尔表示,“这些地区研究苔藓植物的人很少,研究资金也很匮乏。不过,巴拿马奇里基自治大学的同行们最近也开始推动在奇里基省的苔藓研究了。该省的苔藓数量比较充足,种类也较为丰富。”

  奇里基自治大学研究生、生物学家艾瑞丝•弗萨迪去年在期刊《Phytotaxa》上发表了一篇论文,描述了她在奇里基省发现的一种属于细鳞苔科的新苔类植物。由于这个品种是在巴拿马发现的,她将其命名为Ceratolejeunea panamensis。

  由于缺乏信息和研究,热带地区的苔藓植物如今正在遭遇重重威胁。

  “苔藓是一类十分有趣的模式生物。我们应当好好研究它们对当前环境的适应方式、以及全球变暖对它们造成的变化。”萨拉扎•艾伦表示,“对于它们在热带地区的多样性、它们的进化过程、发育方式、生态学与种系遗传学,我们还有许多需要了解。”

  与此同时,我们怎样才能保护它们呢?答案很简单:保护生物多样性。维拉瑞尔指出:“我们需要对整个生态系统进行保护,让空气与河水保持原始状态,在山地地区尤其如此。”

  对苔藓的滥用也是一大威胁。每年圣诞节时,为了制作表现“耶稣降生”的装饰品,都会用到大量苔藓,会对各个品种的苔藓造成严重破坏。

  萨拉扎•艾伦还指出,除了保护生物多样性之外,对保护区的生态旅游业进行控制(如加强游客教育)同样至关重要。

  “如果儿童对苔藓、以及它们对动植物的重要性有了更多了解,就会愿意为苔藓的保护尽自己的一份力量。”

  她指出,此次疫情对森林环境以及动植物多样性的保护起到了一定帮助,因为进入森林的人变少了。“但从另一方面来看,这也对我们的实地研究造成了影响。希望我们不久便能恢复野外考察。”(叶子)

责任编辑:王超

科普中国APP 科普中国微信 科普中国微博
新浪科技
是中国科协为深入推进科普信息化建设而塑造的全新品牌,旨在以科普内容建设为重点,充分依托现有的传播渠道和平台,使科普信息化建设与传统科普深度融合,以公众关注度作为项目精准评估的标准,提升国家科普公共服务水平。

猜你喜欢