蕨类植物的产生

地球上最早的陆生植物出现在晚志留纪到早泥盆纪的沉积物中,这说明在距今4亿年前,植物已经开始由海洋向陆地推进,实现登陆的伟大历史进程。

植物的登陆改变了以往大陆一片荒芜的景象,使陆地逐渐披上绿装。不仅如此,陆生植物的出现和进化,完善了地球上的生态系统。它们不仅以海藻所无法比拟的生产能力制造出碳水化合物,而且通过光合作用大量吸收大气中的CO \ -2,并放出O \ -2,进一步改变着大气的成分。

因此, 4亿年前的植物登陆是地球生命发展史上的里程碑,如果没有植物的成功登陆,就没有今天的世界。

化石资料表明,担负起登陆使命的是裸蕨植物,它们属于蕨类植物门中一类早已灭绝的原始类型。裸蕨身体矮小,大多高不到1米,少数可达2米,没有根,只有假根,表皮上长有绒毛状或刺状突起,担负起类似于叶的功能。表皮有角质层和气孔,体内还有尚不发达的输导组织——维管束。

它们身上所具有的很多特征,使古植物学家认为它们起源于绿藻。在4亿年前的志留纪末期,地球上的自然条件发生了重大变化。不少生长在海滨或浅海潮间带的藻类植物,经历了无数次间断性的曝晒后,其中一部分未被淘汰的种类,开始越来越适应陆地环境。某种绿藻的后裔最后终于舍水登陆,产生了以裸蕨为代表的第一批陆生植物。

裸蕨能够成为开创登陆大业的先驱,并非是因为一时的运气。它们为了完成登陆而发展起来的很多制胜“法宝”,在今天的植物身上依然能够看到。

蕨类登陆

裸蕨登陆以后,首先要解决的问题就是如何吸收足够的水分,因为在陆地上就不能像在水中那样用全部的身体表面来吸收水分了。既然地表无水,那就得用根系从地下吸水。不过裸蕨还没来得及实现根、茎、叶的真正分化,只是形成了类似的结构,即假根。体内已经拥有的维管组织尽管还不发达,但已经能够实现水分和养料的运输功能了。

裸蕨作为陆生植物的始祖,的确是功不可没。经过4亿多年的演化,它们所发明的假根已经被今天的植物进行了出色地完善,很多植物为了寻找更多的水分,它们的根系已经发达得超乎我们的想象。一株4个月大的燕麦,所有根系的总长度可达700多千米;沙漠中矮小的灌木——骆驼刺,它的根系能深入地下30多米。

除了吸收水分和养料这个基本功能外,很多植物还发展出支持根、储藏根、寄生根、呼吸根等功能各异的“变态根”。所有这些根的祖先,都要追溯到几亿年前裸蕨登陆时所发明的原始假根。

保持水分

植物到了陆地上,由于直接暴露在空气中,因此如何避免水分的过度蒸发也是一个重要的生存问题。尽管裸蕨作为登陆先锋的构造还非常简单,但保水措施已经相当高明。它的表皮细胞分泌出糖和脂类,这些物质在氧气中被硬化,形成可以防止水分散失的角质层。只有少数表皮细胞特化成气孔,作为水分蒸发的通道。

裸蕨的这套保水机制依然在今天的植物中被广泛使用。生长在干旱地区的植物为了适应缺水环境,白天将气孔关闭以减少水分蒸腾,晚上才打开气孔进行气体交换。它们的储水能力相当惊人:北美洲沙漠中的仙人掌高达15 ～20米,储水量可达2吨;西非的猴面包树,已经发现的最粗的一棵就连40个人都合抱不过来,被称为“最胖的树”,其储水量可达40吨。

直立问题

裸蕨登陆后的另一个问题是如何直立。毕竟脱离了水中浮力的依托之后,水生植物原来的身型实在是显得太柔弱了。实际上,在陆地上生存就好像是踏入了没有硝烟的战场,而绝不是走上展示苗条身材的舞台。

如果裸蕨不能直立,那么细长的身体就很容易纠缠在一起,不利于光能的吸收。因此,裸蕨必须增强自身的支持力,它们在茎的中央形成了坚实的中柱。这种机械组织的出现,让陆生植物能将地上部分支撑起来。尽管和今天的植物相比,这些“登陆先锋”的身体要柔弱得多,但这毕竟是植物第一次在陆地上挺起了“腰杆”。也正是它们的这种创造,奠定了今天所有参天大树的基础。

利用阳光

植物对阳光的向往常常可以诱发出巨大的生命力,森林中的参天大树就是在年复一年竞争阳光的过程中越长越高的。

植物除了尽可能地将身体往高处生长,并拓展横向面积之外,还发展出另一个巧妙的办法。如果我们仔细观察一下身边的植物,就会发现其中的玄妙。无论叶片的排列方式怎样,在同一株植物相邻的叶片之间,绝不会互相覆盖。这就是“叶镶嵌”现象,它能够保证叶片最大限度地接受光照。

而且,植物在分枝的时候,新生的枝条总是伸向不同的方向,这也同样保证了植物能尽可能多地利用周围空间来享受阳光。

我们今天在众多植物身上看到的这些特点,都能在裸蕨那里找到原始的痕迹。可以说,现代植物都应该感谢裸蕨把它们“培养”成利用阳光的“高效专家”。

苔　藓

多数科学家认为,在早期征服陆地的战场上,至少有两条“进军”路线:一条是以裸蕨为代表,发展出维管植物,它们完全摆脱了水生环境的束缚,成为真正的陆生植物,也由此占据了植物界的统治地位;另一条是以苔藓为代表,始终没有完全脱离水生环境。

苔藓是一类古老而原始的植物,它的起源尚不明确,古植物学家们推测可能也是从某些藻类进化而来。可是它们登陆以后却没有发生大的变化,换句话说,我们眼中的苔藓很可能与恐龙所见过的苔藓没有什么太大的差别。

因为苔藓的繁殖过程始终离不开水的帮助,所以直到现在为止,大部分种类的苔藓还只能生活在阴暗潮湿的地方,可以说它们并没有完全适应陆地生活,只能“羞答答”地躲在阴湿的角落里,无奈地看着大千世界的沧海桑田。

而且,在苔藓的身体里也没能发展出维管束,这样它们既失去了有效的输导组织,又难以支撑它们所“向往”的高大身躯,所以也就只能做个矮个儿生灵了。一般苔藓的高度都不会超过10厘米,哪怕是新西兰现存的最大苔藓,也只能长到半米左右。

可是,大自然的历史有时候就是那么令人费解。与裸蕨相比,苔藓原本是登陆大军中并不成功的派系,而裸蕨则作为陆生植物的始祖,曾经盛极一时。然而进化的结果却是裸蕨被自然界淘汰,彻底从地球上消失,只在地层中留下它们的遗骸让人慨叹。而其貌不扬的苔藓却在数亿年的岁月里饱经沧桑,延续至今,尽管它们并没有表现出太多的进化迹象,也没有夺得植物王国的统治权。