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■本报记者 丁佳

种类繁多、多姿多彩的植物让我们生活的地球更加美丽，也是人类赖以生存的重要基础。在漫长的地球历史中，植物不断适应着环境，发展出了39万余个植物物种。它们的进化历程，让无数植物学家和生态学家为之着迷。

长期以来，关于植物进化的理论框架主要集中在叶片、花等地上部分，但对于地下部分的根系结构和功能组织方式，人们知之甚少。

最近，明升官网明升体育app院地理明升体育app与资源研究所与美国普林斯顿大学的一项合作研究发现，隐藏在地下的植物根系，可能在植物进化和适应过程中起着更为关键的推动作用。近日在线出版的《自然》杂志报道了这一成果。

植物登陆的“腿”

植物的生长离不开水。实际上，最早的植物，如藻类、苔藓等，都是生活在水里的。那究竟是什么让植物最终“迈”上了陆地呢？

“根是植物登陆的关键，真正的根的出现和演化很可能推动了全球39万种高等植物的进化。”论文第一作者、中科院地理资源所助理研究员马泽清说，根是植物养分和水分获取的主要的营养器官，其进化时间可能晚于茎和叶，但在实际功能上，很有可能是植物生存和传播、进入不同生物群区的重要因素。

植物在4亿年前普遍矮小，真正的叶片未形成。根也不是真正的根，菌根菌可能与一些根细胞建立了共生关系，初期也许只有几十种差异不太大的植物，主要生活在沼泽地。

植物登陆以来，其根系在形态和功能上都发生了多样的分化。但如何用一种统一的理论解释根系对植物适应环境的作用，一直是生态学家关注的热点和难点。

“独立”之路

基于长期的野外调查取样，以论文共同通讯和第一作者、中科院地理资源所研究员郭大立为首的国际根系研究团队，经过15年的不断积累，从全球7个生物群区收集了369种植物，选择生理代谢最强的一级根，分析了它们的10个功能性状，以期系统阐释吸收根的生物地理格局。

随着研究的深入，一种新的植物进化理论展现在他们眼前：在长达4亿年的进化过程中，植物的地下根系很可能在以一种更加高效、独立的适应方式，为不同植物“制定”了不同的养分、水分吸收策略，从而推动植物的进化历程。

在湿润多雨的热带雨林，植物的根不怎么“考虑”水分供应的安全性，各种各样的根系都在这里肆意生长，它们也更愿意与一些共生真菌共同生活，互相“帮衬”。在这一区域，很多非常古老的物种属性得以保存，根系的多样性很高。

但在水分紧缺的草原和荒漠地区，情况则完全不同。植物的根尖变得更细，这有利于它们深入到贫瘠的土壤里，获取重要的营养物质。由于这些地区的环境不可预知性很强，资源供应也不稳定，根系还减少了对共生真菌的依赖，变得更加“独立”。

“这些地区的植物非常‘斤斤计较’，它们不断优化着自己的‘投资效率’，更加高效地抓住稍纵即逝的养分和水分资源，促进了物种的传播和扩散。”马泽清说，“迫于环境的压力，这些地方的植物的根系大都比较相似，多样性很低。”

此外，根的形态区别还存在于木本植物和草本植物之间。木本植物根直径相对较粗，组织密度略高，因而寿命长；而草本植物组织密度较低，构建成本低，寿命短。

植物的秘密生活

根据上述发现，研究人员认为，植物的根系有两种生存策略：一种为保守策略，体现为粗根物种和共生菌根共同获取资源；另一种为机会主义策略，物种可以快速增殖较细的吸收根，从而高效获取不稳定的土壤水分和养分。

至此，一个以前可能被大家忽略的真相也浮出水面——植物地下根系结构的变化，为植物开拓新的栖息地发挥了重要作用，最终促进了植物物种的生物多样性。

“这些就是植物长期接管世界的秘密策略。”论文共同第一作者、普林斯顿大学教授Lars Hedin说，“我们的发现为植物进化提供了全新的全球理论。隐藏在地下的是一场巨大的适者生存的游戏，我们很幸运能够有史以来第一次揭开该游戏的明升体育app观。”

这项工作解开了植物生存和传播的一些隐藏的“潜规则”，对人类建立气候模型、理解生物圈至关重要，也对更好地管理植物世界具有重要意义。这个理论也解释了为什么古老的粗根物种在进化史被逐渐淘汰，以及一些细根的物种具有较强的入侵性，粗根的物种则很难入侵。这些知识将在生态保护工作中得以应用。

值得一提的是，这项成果凝结了郭大立毕生对根系结构和功能的探索。但令人扼腕的是，在论文发表之际，郭大立因病与世长辞。

“未来，我们会在郭大立老师研究的基础上继续寻‘根’问‘道’，深入理解不同生物群区的根和共生真菌如何影响生态系统的功能。”马泽清表示。