苔蘚——宏大世界中的小小植物
2021年03月22日09:56
由於缺乏信息和研究,熱帶地區的苔蘚植物如今正在遭遇重重威脅。
由於缺乏信息和研究,熱帶地區的苔蘚植物如今正在遭遇重重威脅。

  新浪科技訊 北京時間3月22日消息,苔類植物和蘚類植物統稱為苔蘚。它們構成了一片片美麗的微觀“森林”,但由於體型迷你、又沒有鮮豔的花朵,常常為人所忽視。然而從進化的角度來看,恰恰是苔蘚的這些特徵,使其顯得格外有趣。

  “苔蘚有著一套迷人而複雜的生物學機製,”史密森尼熱帶研究所助理研究員胡安•卡洛斯•維拉瑞爾指出,“儘管個頭很小,但這些植物為了成功存活而做出的進化調整著實有趣。”

  苔蘚在環境中的作用也很重要:它們長在肥沃的土壤上,吸收養分和水分,再將其緩緩釋放到生態系統中,從而促進土壤的形成、讓更多的植物得以生長。

  然而,我們對苔蘚還有許多不甚明了之處,尤其是在苔蘚較為稀少、因而相關研究也較少的熱帶地區。目前,科學家對研究熱帶地區苔蘚的興趣正在逐漸增加,希望能進一步弄清它們的進化過程、以及它們在該地區生物多樣性中扮演的角色。

  “每個物種在自然界中都有自己的角色,”維拉瑞爾補充道,“而且每個新物種的發現都說明,我們需要對生物多樣性加以關注。我們需要弄清楚,究竟有多少物種的生態功能是我們必須去瞭解的。”

  苔蘚是什麼?

  苔蘚是地衣、苔類植物和蘚類植物的非正式統稱。它們屬於非維管植物,沒有根部或維管組織,而是通過表面(即葉片)吸收空氣中的水分和養分。大多數苔蘚只能長到幾釐米高。此外,由於苔蘚沒有根部,它們可以生長在其它植物無法生存之處,比如磚塊、牆壁、人行道表面等等。苔蘚植物喜歡潮濕陰暗的環境,但它們的棲息地其實十分豐富多樣、有些甚至頗為極端,從沙漠到極地,都能找到它們的身影。全球總共約有11000種地衣、7000種苔類植物、以及220種蘚類植物。

圖為巴拿馬大都會自然公園中的片葉苔。苔蘚植物利用孢子進行繁殖,它們先將孢子釋放到空氣中,再通過風將孢子散播出去。
圖為巴拿馬大都會自然公園中的片葉苔。苔蘚植物利用孢子進行繁殖,它們先將孢子釋放到空氣中,再通過風將孢子散播出去。

  此外,苔蘚植物不屬於開花植物,因此通過孢子、而非種子進行繁殖。

  “它們可以產生成千上萬、甚至成百上千萬個孢子,然後以風為媒介,將孢子散播出去。”維拉瑞爾解釋道,“有些種類的散播能力簡直驚人,孢子甚至能飄到其他國家和大洲。”

  很久以來,科學家一直將苔蘚視為現存生物中與最早的陸生植物關係最近的“近親”,其祖先可以追溯到5億年前。然而,近年來的一些研究提出了另一種不同的假說。不過這種假說同樣沒有低估苔蘚的進化潛力。

圖為在巴拿馬安東山穀中發現的平孢角苔。
圖為在巴拿馬安東山穀中發現的平孢角苔。

  “苔蘚可以幫助我們瞭解地球上最早的植物在占領陸地環境的過程中、是怎樣做出調整適應的。”史密森尼熱帶研究所科學家、植物系統學專家諾麗絲•薩拉紮•艾倫指出。

  “不過,所有現存的苔蘚種類都是最近才出現的,說明許多苔蘚在進化過程中都消失了,它們的後代又經曆了進一步演化,才形成了如今多樣化的局面。”維拉瑞爾表示,“現存的苔蘚種類有著極其豐富的遺傳多樣性,還擁有巨大、但仍不為人所知的進化潛力,在熱帶地區尤其如此。”

諾麗絲•薩拉紮•艾倫在史密森尼熱帶研究所研究苔蘚植物。
諾麗絲•薩拉紮•艾倫在史密森尼熱帶研究所研究苔蘚植物。

  諾麗絲•薩拉紮•艾倫是少數專注於研究巴拿馬地區苔蘚植物多樣性的科學家之一。當她還在紐約州立大學攻讀碩士學位時,從和她的教授之一(一名苔蘚專家)的交流中獲得了啟發,就此進入了苔蘚植物學領域。

  “我當時並不瞭解這些植物,所以我覺得研究它們應該很有趣。”

  無獨有偶,維拉瑞爾博士也是受到了一個人的啟發,才進入苔蘚植物學領域的:這個人便是諾麗絲•薩拉紮•艾倫教授。

  “她在我本科時帶我走進了蘚類植物的世界,”他回憶道,“後來我在攻讀碩士、博士和博士後學位時,都選擇了研究蘚類植物。這種植物涉及的生物學簡直太奇妙了!”

  除了在薩拉紮•艾倫的指導下、在史密森尼熱帶研究所擔任實習生之外,維拉瑞爾還曾與前者合作研究過植物與藍藻(苔蘚可利用藍藻獲取氮元素)在基因組層面上的共生關係。他們希望這項研究可以幫助研發相關基因工具,減少農作物對人造化肥的需求。

圖為薩拉紮•艾倫最近發現的地衣新品種Octoblepharum peristomiruptum。她在去年十月發表在期刊《Phytokeys》上的論文中介紹了這一品種。
圖為薩拉紮•艾倫最近發現的地衣新品種Octoblepharum peristomiruptum。她在去年十月發表在期刊《Phytokeys》上的論文中介紹了這一品種。

  最近,薩拉紮•艾倫在從巴拿馬和巴西採集的樣本中發現了一種新的地衣品種。去年十月,她和實驗室技術人員何塞•古蒂諾在期刊《Phytokeys》上發表了一篇題為《Octoblepharum peristomiruptum (Octoblepharaceae):一種來自新熱帶區的新物種》的論文,詳細介紹了這項發現。他們在重新分析了400多份應屬於另一品種(O。 albidum)的樣本之後,才確定了這是一個全新的品種,並將其命名為O。 peristomiruptum。這是薩拉紮•艾倫職業生涯中命名的第四個物種。除此之外,她還命名過三個亞種,並且在其它一些新物種發表時擔任過共同作者。

  “每次我們發現一個新物種,它都能幫助我們瞭解苔蘚植物的進化方式、以及過去千百萬年來的進化過程。”

  “說到苔蘚植物的生物多樣性,我們目前還處於‘存貨盤點’階段,”維拉瑞爾補充道,“苔蘚的種類識別起來比其它植物要困難得多,而且相關的生理學、生態學以及基因組學研究都很匱乏。”

  慷慨的苔蘚

  儘管個頭小,但苔蘚在生態系統中發揮了一項重要作用:吸收。

  “它們可以從雨中、甚至霧中吸收水分,儲存多餘的雨水,以防發生洪水和土壤侵蝕。”薩拉紮•艾倫解釋道,“在雲霧繚繞的森林中,它們就像海綿一樣,為森林及地下水提供了一座‘蓄水池’。它們還會為森林吸收、儲存和回收水分與養分,並且給許多無脊椎動物提供了庇護所和食物。”

苔蘚可以在幾乎任何表面上生長。由於它們沒有根系,我們在石頭、水泥、磚牆、木頭等各種堅硬表面上都能找到它們的身影。
苔蘚可以在幾乎任何表面上生長。由於它們沒有根系,我們在石頭、水泥、磚牆、木頭等各種堅硬表面上都能找到它們的身影。

  此外,當生態系統遭到干擾、開始退化時(比如遭遇了火山爆發、野火、濫砍濫伐等等),苔蘚植物可以在生態演替早期打好基礎、幫助其它植物重新生長。由於苔蘚借助孢子繁殖,它們可以迅速蔓延開來,使土壤變得穩定,減少土壤流失和水分蒸發。

  加拿大和英國苔蘚數量豐富,因此針對苔蘚及其重要性的研究比其它國家多得多。此外,“北方地區的苔蘚品種更為豐富多樣,覆蓋的地表面積更廣,在生態系統中起到的作用也更加明顯。”維拉瑞爾解釋道,“例如,泥炭苔在加拿大魁北克省的覆蓋面積達8%,約1160萬公頃。”泥炭苔是一座效率極高的天然“蓄碳池”,可以無限量地積累和儲存碳,因此在氣候變化對抗戰中得到了許多關注。

  然而,雖然苔蘚植物在北半球被研究得更充分、對生態系統的益處也被瞭解得更深入,但在熱帶地區,它們得到的關注遠不及開花植物。

胡安•維拉瑞爾正在加拿大的極地地區研究苔蘚植物。
胡安•維拉瑞爾正在加拿大的極地地區研究苔蘚植物。

  “它們所占的生物量並不大,特別是在山地地區,因此人們容易認為它們的生態作用比不上其它植物。”維拉瑞爾表示,“這些地區研究苔蘚植物的人很少,研究資金也很匱乏。不過,巴拿馬奇里基自治大學的同行們最近也開始推動在奇里基省的苔蘚研究了。該省的苔蘚數量比較充足,種類也較為豐富。”

  奇里基自治大學研究生、生物學家艾瑞絲•弗薩迪去年在期刊《Phytotaxa》上發表了一篇論文,描述了她在奇里基省發現的一種屬於細鱗苔科的新苔類植物。由於這個品種是在巴拿馬發現的,她將其命名為Ceratolejeunea panamensis。

  由於缺乏信息和研究,熱帶地區的苔蘚植物如今正在遭遇重重威脅。

圖為在巴拿馬坎帕納國家公園中發現的一種吊苔。
圖為在巴拿馬坎帕納國家公園中發現的一種吊苔。

  “苔蘚是一類十分有趣的模式生物。我們應當好好研究它們對當前環境的適應方式、以及全球變暖對它們造成的變化。”薩拉紮•艾倫表示,“對於它們在熱帶地區的多樣性、它們的進化過程、發育方式、生態學與種系遺傳學,我們還有許多需要瞭解。”

  與此同時,我們怎樣才能保護它們呢?答案很簡單:保護生物多樣性。維拉瑞爾指出:“我們需要對整個生態系統進行保護,讓空氣與河水保持原始狀態,在山地地區尤其如此。”

  對苔蘚的濫用也是一大威脅。每年聖誕節時,為了製作表現“耶穌降生”的裝飾品,都會用到大量苔蘚,會對各個品種的苔蘚造成嚴重破壞。

  薩拉紮•艾倫還指出,除了保護生物多樣性之外,對保護區的生態旅遊業進行控制(如加強遊客教育)同樣至關重要。

  “如果兒童對苔蘚、以及它們對動植物的重要性有了更多瞭解,就會願意為苔蘚的保護盡自己的一份力量。”

  她指出,此次疫情對森林環境以及動植物多樣性的保護起到了一定幫助,因為進入森林的人變少了。“但從另一方面來看,這也對我們的實地研究造成了影響。希望我們不久便能恢復野外考察。”(葉子)

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽