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学生作品 | 植物追光的史诗演化

花匠小妙招
2024-12-27 06:43

本文来自八年级橄榄树教室昊哲 ‍

质疑真理热爱科学

何为科学？科学就是永远的探索！

延伸你的感官运用你的理性像科学家一样探索未知领域

（橄榄树昊哲同学）

植物追光的史诗演化 ‍‍‍

演化，就是生物与自然展开的一场激烈追逐赛，两者在同一个跑道上，你追我赶，互不相让，多数时候自然这个不可控的因素会占尽先机，但生物却总能以“出其不意”的姿态一次又一次突围而出。这场角逐，有残酷，有血腥，但是更多的是来自生命自身的壮烈，是基因与自然的互动推动着演化的步伐，铸就一个又一个生命传奇！而植物的演化之旅无疑就是一场觉醒之旅，一场逐光之旅，从藻类到地衣，从苔藓到蕨类，从裸子植物到被子植物，它们每一步的前进都因光而存在，每一种生存诡计的背后都有光的影子。下面就让我们一起走进这场盛大的演化之旅吧。

•光之觉醒者—藻类•

回到植物演化的起点，让我们从36亿年前的那个无名的微小的藻类说起....

那个时候，多数生物都是靠着索取生活的，比如古菌、真菌、细菌，此时的世界可以说是混沌一片，无序且黑暗，但某一天在这漆黑的世界有一种生物发出了一道微弱的光，创造了一种新的生存方式，它就是光之觉醒者——藻类，作为第一位“觉醒者”，它开始尝试利用大自然的光能，通过光合作用产生自己所需要的有机物，维持新陈代谢，不再完全依附于外界，成为真正的“劳动者”，也就是“自养”。自养区别于细菌、真菌的异养，自己制造自己所需要的营养，具有更多的自主性，从而让它能无限生长。当然，这要通过光合作用实现，自然少不了能量转换站——叶绿体，所以藻类整体看上去结构简单，但通体绿色，多数时候全身都布满叶绿体。伴随着生存方式自然少不了繁殖，我们经常看到藻类成片堆积在河水中，可以知道它们的生殖方式一定很多样，不仅有分类生殖，还有原始的类孢子生殖，在数量和速度上毫不逊色，别看藻类只是进步了一点，但仅就这一点就为它在自然界打下了自己的位置。

太湖成片的藻类

但是，一个细胞的力量毕竟太单薄了，渐渐地这些单细胞藻类会聚集在一起，成为单细胞聚合体，这样可以增大体积、表面积等等，以便更好的拨动水流取食，从而进行光合，看来藻类也懂得“人多力量大”的道理。但此时它们还不能称之为多细胞，更像是很多个单细胞聚在一起在抱团，因为它们一碰就散，所以，为了内部的团结与稳固，它们中有些渐渐就进化成为真正的多细胞生物，比如我们常在水中见到的水绵，这可是一个不得了的进化，从单细胞变成多细胞，这样藻类的体积可以变得更大了，变得更大表面积就会随之扩大，那跟光相遇的部位也会变多，叶绿体再也不用挤在一起了，可以均匀分布，各方都能接收到光！光合作用变强了，正向促进了体积的扩大，于是大型藻类就登场了，比如我们常见的海藻——海带，我们喜欢吃的紫菜，这些大型藻类与小型藻类相比，毫无疑问就是绝对的体积优势，从而带来绝对的光合优势，同时，为了让自己的身体更稳固，它们演化出一种固着体，让它固着在水中，不至于被海浪吹走，虽然有了固着体，但藻类整体依然是叶状体，因为只有这样才能受光均匀呀！

成功演化成为多细胞生物有假根的大型藻类

藻类作为光之觉醒者，开启了生存的新时代，但此时与环境的另一场博弈又来了，总有一些不可控制的时刻，使得它们被海浪或者被迫排到岸边，如何与干旱的陆地共存，又成了大自然与藻类的新考验。怎么办呢？藻类先民只能想办法改变自己，否则只有死。而此时新的物种就登上了演化舞台——地衣和苔藓。为了能适应干旱的陆地生活，它们各自想出了自己独特又神奇的生存策略。

陆地开荒者—地衣

毫无疑问，上岸就意味着获得更自由的空间，更充足的阳光，但上岸面临的问题就是脱离水环境，所以，地衣同志首先改变了自己的生存位置，选择在水陆交接的位置生活，这里水汽充足，这样可以一定程度上解决水源问题，不向内陆深入那样，同时又可以享受到充足的阳光，多么奇妙的想法。而为了能更好地在岩石上立住，地衣选择共生的生存方式，仔细观察它的身体结构会发现，它既有藻类的叶绿体，又有菌类强大的菌丝，菌丝负责扎入岩层固定，同时吸取养分，而藻类则负责光合作用，制造有机物，分工明确，结构清晰，这样就完全实现了资给自足，多么聪明的物种，地衣在自养和异养的生存方式中，开创了共生，给接下来的物种开出了一条新的生存之路，真是伟大的发明！

而为了更好的生存，它又分别演化出地衣酸腐蚀岩石加深固定，演化出休眠特性，可以一定程度暂时离开水，向陆地深处进军。就这样，荒芜的大地首次诞生了土壤。

取水大师—苔藓

不过，这些追光的藻类并不是所有的都选择共生，有一些就致力于发展自身，让自身强大来应对干旱，深入内陆，独立生存！这就是苔藓，那么，苔藓采用的又是什么生存诡计呢？

苔藓保留了大型藻类的“固着器”进化成假根，这样就可以让苔藓固着在地表，甚至扎根在石头、树干上，但此时这个假根还没有吸收养分的作用，所以它们长得都很矮，除了假根，也有了初步茎叶的形态分化，但结构都非常简单，并不能成为真正的茎叶。多数苔藓叶子没有叶脉，叶子叶子极其的薄，只有一层细胞，满满都是叶绿体，这就导致了苔藓叶片对于外在环境的感知极为敏感，有水的时候，可以快速吸水让自己利用，但一旦干燥又会快速失水。

这怎么办?它开始在自己薄薄的叶子上大做文章，在显微镜下可以看到多数苔藓叶子尖端有个细细长长的“小尖尖”，类似于微型的小麦前端的芒，有了这个小尖尖，只有空气中有一丝丝水气，都可以很快再次被捕捉到，液化成小水滴，并在这里聚集聚集，最终顺着尖端向叶子润下去，让整个叶片均匀吸收到水分，这种对水的利用率可以说很高级了！而有些苔藓叶子表面则很粗糙，可以让水珠在落到上边时候，均匀散开，这些取水结构都能保证苔藓只要周围有一丝丝的水汽，就可以存活。这是就是苔藓，它对水有着我们想象不到的极高利用率，即使环境条件苛刻，它也努力提升自身结构以适应环境，是真正的取水大师！就这样苔藓能在陆地深处各个潮湿或微潮湿的环境中驻扎，凭借孢子繁殖，开始扩大自己的族群，我们经常能在各种地方看到它们的身影，一片又一片，像大地绿色的地毯，尽情迎接来自太阳的光照。

追光王者—蕨类

但是新的自然危机总是层出不穷，植物想要更全面地吸收阳光，必须让自己的“立起来”，新问题的出现又让植物继续演化之路。它们对光的渴望是与生俱来的，所以，想要长高长大，而想要长高长大，就意味着需要更坚韧的根茎，而蕨类做到了！蕨类植物的根茎叶都取得了革命性的突破，成为了真正的根茎叶，它们的根和茎都演化出真正的维管系统，也就是疏导组织，让根能更深地向下扎，吸取土壤深处的营养与水分，同时机械组织也能够支撑起它们的身躯，让它真正地立在土壤上、岩石峭壁间，而光，也更充分的沐泽在它周围，因此有些蕨类越长越高，甚至成为树的形态，变成高大的，比恐龙还高的树蕨。更奇妙的还是它们的叶子，数量极其多，且排列都非常整齐，呈羽状排列，既充分利用空间数量又很多，一起进行光合作用，不断转化大自然的光能，可以说把追光的技能已经演化到了极致。

但，更让我们意惊奇的，是它繁殖后代的方式，在数量繁多的叶子背后，每一片叶子的背面在一些时候都会密密麻麻排列着一些“黑球球”，而这些黑球球就是蕨类的孢子，更准确地说是孢子囊群，一个孢子囊群是由很多个孢子囊构成的，而一个孢子囊中则包含了成百上千个微小的孢子，而蕨类又有很多安放孢子囊群的叶片，如此“套娃”下来，一株蕨类植物的孢子数量可想而知，是何等恐怖！

孢子数量拉满的蕨类

蕨类就这样在完善个体结构功能的基础上，用用数量策略，成功延续自己的种族。而这些结构上的突破，策略上的演化都让蕨类植物自泥盆纪晚期一跃成为整个石炭纪、二叠纪早期的绝对霸主。

但再一次，抢占先机的植物们却因追光的脚步反而为自己制造了危机——当蕨类在繁荣生长时，为了让自己的茎更加坚韧，它们进化出了一个叫做木质素的物质，可以让蕨类植物的茎更坚固，难以被分解掉，真是厉害！同时，光合作用火力全开，那么，空气中大量的二氧化碳也就自然而然地被锁在了木质素当中，而分解大师-真菌还没有进化出分解木质素的能力，所以，空气中的二氧化碳含量开始大量减少，失去了二氧化碳的地球开始变得干冷，进而严重影响蕨类的繁殖。因为蕨类的孢子繁殖，需借助水才能完成。那该怎么办呢？

于是新的时代来临了，拥有顶级生殖器官的物种终于出现在赛道上，它就是种子植物。

顶级演化—种子植物

种子植物的生殖不再完全依赖外界环境，而是具备了新的策略，这可是一个巨大的突破，由此一来，生物繁殖的主动性空前增加。同时，种子植物改变了孢子生殖的“数量优势”，转而尝试“质量优势”。种子的生存策略可谓是非常高深，一个小小的种子，就可以长成一整个高大蓬勃的植物，那么它到底藏着怎样的秘密呢？

首先它的表面有一层种皮包裹，用来保护；其次内部还自带胚乳、子叶等“营养舱”供自己萌芽使用；再次，种子内部分工明确，从胚芽到胚轴胚根每一个都有其独立发育的任务，小小的胚就能在未来发育成一株新的生命。但最让我惊异的是种子千变万化的传播方式，有些运用特化种皮结构挂在动物的绒毛上传播，比如苍耳有尖利的倒刺，可以挂在动物的皮毛上边，相当于搭了一趟免费顺风车，在旅途中经过某个站点，这些种子就悄然落地，开始生根发芽；甚至，有些种子外包着厚厚的诱人的果皮，我们称它为果实，不仅可以保护种子，同时也可能进一步帮助种子传播，比如樱桃，动物会被红色的果肉吸引进而吃掉它，但果肉可以被消化掉，而里面的包有种子的坚硬种壳却不可以，于是，这些种子就随着动物们的排泄物被排出体外，来到一个新的地方。

这就是果实的意义：像骑士一样守护在种子周围，帮助种子传播，进一步繁殖。而在果实的演变中，也和动物结下了不解之缘，比如：果实想尽办法想要自己长的“鲜艳”一点，好让动物可以更好的边认出自己，而有些动物就随之演化出了对某些颜色敏感的视觉神经，可以说两者都在为了能够更好的生存不断进步，协同演化。更厉害的是，当这些种子落地后，如果发现此时气候或者条件不适合萌芽，那么它们也会自动启动“休眠技能”，让种子暂时“沉睡”过去，等到时机成熟再重新活跃起来，比如莲子。总之，种子对生殖而言，真是一项伟大的创造啊！

那么，种子从何而来呢？我们都知道万物都是先开花，后结果，种子由花的子房或者花托发育而来，而花就更不一般了。花一般拥有花梗（花柄）、花托、花萼、花冠（由许多花瓣组成)、雄蕊（包括花药、花丝）、雌蕊（包括柱头、花柱、子房）等结构。问题来了，它只要能变成种子就可以了，为何有这么多复杂的结构呢？答案就是——受精！吸引传粉者到来，传递花粉，完成受精是花朵的最大使命。所以，它就想尽各种办法来吸引传粉者，在花的颜色、形状、气味、数量上，做做足了手脚，比如有些花会长成红色这样更鲜艳，可以更好的吸引动物来授粉；还有的花瓣本身就长成动物的样子，吸引动物到来；有些话则香气扑鼻，还有花蜜，蜜蜂等昆虫简直爱死它了。

你瞧，这些花还能说是花吗？简直算是艺术品！所以，花朵可以说是种子植物的第二大创举，为这世间带来无尽的色彩与浪漫，但最重要的是，它得以使植物完成有性繁殖，为后代基因的多样性永葆动力。所以，你看，种子植物为了繁殖，为了更好的繁殖，不惜花掉自己的营养，来长出花朵、果实这些保驾护航的结构，它下了多少功夫！而无疑这种策略获得了极大的成功！

那么，是不是所有的种子都是由花发育成的呢？不，有些植物种子则是由孢子叶球中的雌雄细胞结合而成的，并不具备花朵这种复杂而精妙的结构，我们称其为假花，所以，这样的种子多数裸露在外，没有果皮包被，我们把这样的植物叫做裸子植物，比如常见的松杉柏，而拥有真花的植物叫做被子植物/开花植物，但两者都属于种子植物。如果说在种子植物里分个高下的话，我认为被子植物会比种子植物更高级一点。何为高级？生物间如何分高下呢？被子植物结构更丰富、多样，更能适应环境的多变性，现在种群极其发达，所以高级的本质就是一个物种能够适应环境变的能力。由此可知，被子植物的应变力远高于裸子植物，高于蕨类植物，高于藻类。原来，真正取胜的不是数量，而是质量呀！种子植物真正的做到了完善的结构，做到了一位真正合格的追光者！！

追光之思 ‍‍‍

这就是植物的史诗级演化，从最开始的觉醒者-藻类，到追着光登上陆地的地衣、苔藓，再到完善自身结构，以便更好进行光合的蕨类，到最后突破生殖束缚，创造属于自己时代的种子植物，这一整个过程是很令我震撼的。

原先我其实并不知道植物需要“如此演化”，虽然早知道生物是进化而来的，但是我从来没有意识到，生物在演化这条路上到底是如何一点点不断突破、不断完善、不断进化的。它们，为了更好地吸收阳光，进化；为了更好的立着，进化；为了更好的生殖，进化；它们，为了更好的活着，一刻不停地在进化。蕨类植物的孢子生殖本来已经很厉害了，但是种子植物的策略却更为复杂多样，登峰造极，单为了生殖就演化出花、果实、种子三种生殖器官。植物似乎有一股劲儿，是生命自身本质上的一股劲儿，让它不断的朝向完美，更完美，而与这股力量呼应的外界力量就，我认为就是光。请注意：这里所谓的“为了”，是植物与环境在不断的互动、切磋过程中，被彰显出来的。而植物演化本身是没有方向性的，它在每一个节点处一定都演化出了许多种不同的形态策略，但最终最适合环境的那一种被选择了下来，因为自然选择让植物这种无意识的“变”，成为了一种线性的演进，让我们反观这一切时，从中获取了太多的启发与能量。是的，植物凭借着对阳光的渴望，让自身不断在不可能和可能中交替跳跃，跨越一道又一道鸿沟，成为光最忠实最最璀璨的追逐者。而我也从植物的这段演化之旅中，汲取到了新的力量，那种为了一个目标，不断努力、付出所有、不停突破，实现不可能的力量，像奔赴战场的勇士一样，不顾一切的，只为心中的信念坚定向前冲。它们可以，我，为何不行？！

指导教师责任编辑｜星星

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