弗吉尼亞理工大學的古生物學家們，透過顯微鏡分析了具有十億年曆史的海藻化石 —— 暗示這些微小的殘留物，很可能是現代陸地植物的祖先。

據悉，儘管這種來自中國北方、被叫做 Proterocladus Antiquus 的藻類化石只有跳蚤般大小，但該校在週一發表的一份宣告中稱，此前發現的令人信服的遠古綠色海藻化石，是在大約 8 億年前的岩石中發現的。

【來自：Virginia Tech】

乍一看，化石似乎是一團亂麻。不過弗吉尼亞理工大學古生物學家 Shuhai Xiao 在近日發表於《自然生態與進化》期刊上的一項合著研究中指出：

“這些海藻呈現了多個分支和直立生長，且發現了此類化石中極為常見的特殊細胞 —— 厚壁孢子（akinete）”。

【圖自：Dinghua Yang】

研究團隊認為，陸地植物是從綠藻開始、經歷了數百上千萬年的進化而得來的。然而 Xiao 表示，並非所有人都同意這個的觀點。

一些科學家認為綠色植物源於河流與湖泊，然後才征服了海洋和陸地。然而新發現的遠古化石，揭示了一些可能很古老，但看起來並不那麼陌生的海藻。

這也是在，胡說八道，植物更沒有進化的能力，一切植物只能在它適合生存的條件環境當中，才能能自然生長出來，植物根本不需用什麼祖先來傳替進化。

當然是!

我們知道，如果沒有植物的進化，也沒有植物向陸地生活的過渡，地球上的生命將是不可能存在的。陸地植物是綠藻的一個世系。總體上講，綠藻是化石記錄中記載的最古老的生命世系之一，已有十億多年的歷史，而陸地植物則有4.5-5億年的歷史。

上圖：如此高大的北美紅杉也是輪藻進化而來的。看看是不是跟你家魚缸裡面的金魚藻有點像？

許多綠藻品種是在陸地植物起源之前產生的，而陸地植物無疑是嚴格的淡水譜系，即輪藻類的成員。與單個基因和形態學的分析相反，基因組規模的分析表明，陸地植物的姊妹類群是一組大部分不分支的絲狀或單細胞生物。

植物主導了陸生環境。值得注意的是，單一的陸地植物譜系，也稱為“植物界”，覆蓋並佔據了絕大多數陸地表面，涵蓋了絕大多陸生的植被、生物量以及命名的生物品種。海洋環境則是另外一回事，海洋中的各種各樣的氧光合生物大多與陸地植物無關，雖然也被稱為藻類。陸地植物在系統發生學上只植根於綠藻類。

紅藻和綠藻是藻類的兩個譜系，具有古老的化石記錄。紅藻是約12億年前沉積物中最古老的化石。綠藻的化石記錄的情況則更復雜一點：在15億年前左右的沉積物中發現的很可能是綠藻（但也可能歸於其他幾個進化枝）。分子分析表明紅藻和綠藻可能差不多同時出現。有人認為，海洋沉積物比淡水沉積物更容易儲存可能是化石記錄中紅藻年齡相對較老的原因。

請特別注意：我們常說的藍藻實際上一種原核生物而不是真核生物，所以也有人稱其為藍細菌。前述綠藻和紅藻都是真核生物，比藍藻更高階。地球上的植物生命的起點–綠藻

淡水環境中藻類種類繁多。其中輪藻門(Charophyta)是完全的淡水綠藻，是綠藻類的兩個主要譜系之一，另一個是綠藻門（chlorophyta），佔綠色藻類多樣性的大部分，在淡水和海洋環境中均可發現，但與陸地植物的關係相對較遠。如上所述，綠藻是極其古老的真核生物，並且輪藻和綠藻譜系之間的差異可能已有十億多年的歷史了。輪藻類的祖先顯然是棲息在陸地上的淡水環境中，這一事實提供了有力的證據表明陸地植物的共同祖先也生活在淡水中。

上圖：某輪藻物種的橫切面。

4.7億年前，在志留紀或奧陶紀晚期，輪藻的某個世系經歷了進化過渡，發展出在與大氣充分接觸的情況下仍能保持水分和繁殖並能利用地表下水分的能力。這樣，這些生物就可以直接獲取大氣中的二氧化碳和未經水過濾的Sunny。它們可能不是第一種佔據陸地環境的光合生物，但它們的一些品種逐漸進化發展成各種陸生植物如今已經佔據了除最惡劣的陸地環境之外的所有土地。它們構成了農業、木材、紙張、植物纖維（棉花、亞麻、亞麻等）和其他人類所需的重要工業產品的基礎。它們多樣化的生化能力產生了許多次生代謝產物，這些代謝產物至今仍然為人類提供著豐富的有機化合物的來源。這些植物不僅是煤炭的主要來源，而且還是土壤有機成分的主要來源，要知道土壤是地球上最大的碳儲存庫之一。因此，陸地植物的起源是地球歷史上最深刻的地質生物學轉變之一，併為我們生活的環境奠定了基礎。由於陸地植物是一個單系群，該譜系的特殊性決定了陸地植物區系的許多特性（藍細菌和藻類對陸地有過幾次獨立的登陸事件，但沒有成功），並讓我們得以瞭解陸地植物和整個植物界早期的歷史和生物學原理。陸生植物的近親——輪藻可以向我們提供更多關於陸生植物進化發展的資訊。

上圖：綠藻藝術描繪

要了解陸地生物如何從水生生物進化而來，很重要的一點是我們需要記住：生命基本上仍然是一種水生過程。儘管陸生植物的藻類世系祖先都生活在淡水中，但其中一些品種的成員已次生適應了鹹水或鹼性水，並且還誕生了許多半陸生或“次氣生”的成員。作為水的蒸餾冷凝效應的結果，降雨間歇性地為淡水生物提供了可以維持生存的陸地環境。但是，這些適應了間歇性溼生環境的物種需要具備休眠、耐乾燥的機制，以使其在潤溼事件之間得以生存。時間因素也很重要-如果有機體要能夠在特殊的休眠狀態下存活下來，水合環境必須持續足夠長的時間，以使生物體恢復生長並恢復到休眠狀態。如果以這種方式來說，所有的植物都生活在不同的水文梯度變化條件之下，其梯度位置取決於它們在不同程度的乾燥壓力下保持水合條件的能力。確實，鑑於許多淡水環境（例如水池和溪流）會不定期或定期地經歷乾燥，因此，許多不同的輪藻類物種（以及其他淡水藻類）都具有陸生成員，這不足為奇。

上圖：高通量基因測序原理示意。

近年來出現的高通量DNA測序技術，開闢了在非模型生物中進行基因組規模分析的可能性。此類研究表明，不同輪藻類物種的基因組與植物都非常類似，這些類似點與其共同祖先的超微結構、生化和單基因系統發育證據相一致。基因組學研究揭示了透過其他方法難以研究的特性。

因此，陸地植物所表現出的許多適應作用似乎都源於輪藻類物種，這可能是因為淡水環境與陸地環境從來都是緊密地交織在一起的。

水陸過渡

在輪藻類向植物進化的路徑上，一些最基本的適應性改變是生化層面的，並且涉及高二氧化碳濃度下的光合作用能力。因為水中的CO2濃度通常小於其在大氣中的2％左右的濃度，所以如果在非致命的脫水條件下就可以與大氣直接接觸進行光合作用，這將具有很大的好處。較高的CO2濃度允許相對較快的光合作用，但是增加了細胞內氧氣的濃度，這意味著增加了光呼吸作用並形成了活性氧（ROS）。

陸地環境的另一個混雜因素是光子通量的增加，這有助於快速的光合作用，但以光損害的增加為代價。陸地上紫外線（UV）的暴露量大大增加，加劇了光損害的情況。有人提出，植物登陸的關鍵地質生物學先決條件之一是臭氧層的形成，因為它減少了地球表面的紫外線輻射；儘管有人質疑臭氧對植物登陸事件的重要性，但只有在藻類的光合作用將大氣轉化為富氧條件後才有可能形成臭氧層。

上圖：光合作用的生活路徑。

在最早的陸地植物世系中，液壓系統發展不佳，但經過漫長歲月最後也進化出了高聳入雲的北美紅杉（Sequoia sempervirens）。在大多數情況下，諸如苔蘚植物（如苔、蘚和角蘚類植物）可以生活在潮溼環境或潮溼基質中生活。那些在較乾燥的環境中生存的植物則能夠在失去細胞幾乎完全喪失水分並在補充水分後迅速恢復正常的新陳代謝，從而使它們能夠利用瞬時可用的水源來間斷地維持生存。最早的陸地植物大概也生活在潮溼的環境中，但很快便就出現了專門的用於水分運送的細胞，到萊尼埃燧石層在約4.10億年前的泥盆紀早期形成時，陸生植物的維管組織已經發育得很良好了。現有維管植物的液壓系統包括用於氣體交換（細胞）的調節孔，用於控制向水分流失到大氣的不可滲透層（樹皮）。

上圖：苔蘚。

陸生植物的進一步進化的歷史

這種新的水分管理和分配系統使植物能夠發展出第二大關鍵結構特性，即大體積。多細胞的一個巨大優勢是——它可以增強強度。與動物不同，植物在很大程度上無需移動。這意味著它們沒有在外骨骼和內骨骼之間折衷的需要。

上圖：植物化石中可見的維管束。

隨著木莖、根系和葉片的這種新發展，植物生命開始了它們對這顆星球的長期征服。永無止境的進化變化，例如為了適應像食草恐龍這樣的“掠食者”——植物對它們採取了積極的防禦策略，從荊棘和尖刺開始，到化學和生物防禦“武器”的發展。

在6600萬年前的恐龍滅絕之後，新生代時代開始了。這又被稱為哺乳動物時代，因為這些曾經微小的生物逐漸佔據了主導地位，填補了恐龍和其他爬行動物留下的空缺，但這個時代也可以被稱為草時代。

智利的化石告訴我們，大約3000萬年前，第一個真正的草原群落開始擴散。伴隨著它們的是無數古老的齧齒動物，這是這些新生態系統的主要食草動物。隨著草原在大陸上像地毯一樣鋪滿，很快體型更大的遊牧哺乳動物也加入其中。這種轉折發生在中新世時期，由於草原的出現，哺乳動物的進化進入了加速時期。這也是一次偉大的造山時期，當時安第斯山脈還比較年輕。強大的喜馬拉雅山脈將開始影響亞洲數百萬年的天氣格局。

化石告訴我們，大約2100萬年前，由於數個降溫期，北美大平原地區的早期森林開始消失。在此類事件中，空氣中的水分較少，大部分水分都被凍成冰鎖在了兩極。這不僅使世界變得更冷，而且更加乾燥和開闊。草能夠耐受乾旱並在乾旱地區存活，因此能夠廣泛擴散。草之所以能夠“春風吹又生”，是因為他們發展出了一種效率更高的光合作用方式，此方式比其他許多植物的光合作用方式損耗的水分更少。

600萬年後，南極冰蓋開始擴張時，突然發生了氣候變化，稱為“中新世中期破裂”，洋流的移動導致全球溫度下降。隨著世界變得越來越冷，草很容易在這些現在乾燥而涼爽的平原上蔓延，以它們為食的草食動物也很容易擴張。作為迴應，草進化出了多種防禦方法。它們的葉子表面覆蓋著細小的絨毛，這使它們防水並且對許多生物來說都非常難以下嚥。它們還在體內形成許多植矽石，這是一些石頭樣的二氧化矽，它們從土壤的根部吸收進來，不僅已經難吃，而且難以消化，哪種動物會吃長著石頭的草？

草能夠被不斷取食但又能不斷茁壯成長，歸功於其強大的分生組織。分生組織是負責器官和葉片生長的部分，離植物底部較近。這使它們能夠從幾乎所有食草動物的“襲擊”中恢復過來，因為草根安全地隱藏在土壤下面，大型食草動物無法破壞草根。更重要的是，同樣是那些大型食草動物的蹄子踐踏了樹苗，妨礙了樹木的生長，從而使草原保持開闊。這似乎是一個互利互惠的場景。

當然，關於植物的故事還沒有結束，它們將在數億年的時間裡繼續覆蓋地球。儘管許多人將植物視為天然景色，但實際上它們卻像動物一樣進化和適應著，並且塑造了動物乃至我們人類的歷史。

植物們向早期大氣中輸送了氧氣、在陸地上造出了綠色的植被，第一批陸地動物則踩著植物鋪成的“地毯”踏上陸地生涯，並被植物利用於傳播種子到更遠的內陸，植物證明了它們影響整個世界的強悍能力。它們是征服陸地的第一批生物，而且也很可能會站崗到最後。

總結

藻類中綠藻的一種輪藻是陸生植物的祖先。