裸子植物是指地球早期哪些类植物?

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老猫分子生物学准博士,天文爱好者

2014-01-16 15:09

裸子植物是高等植物里的一大类群,不仅在史前出现过,目前也有很多种类在地球上生活着。

裸子植物是指种子植物中,胚珠在一开放的孢子叶上边缘或叶面的植物。现生裸子植物共有4个门约14科88属超过1000种。最开始的时候,人们认为裸子植物是一个单系群,但是后来的化石、分子证据则倾向于将其看作一个并系群,而种子植物来自裸子植物的一支。

现存的裸子植物中,最常见的应该是松柏门的一系列植物,也就是各种松树柏树。此外裸子植物还包括苏铁门的各种铁树、买麻藤目的一些藤本植物和银杏门的一些,呃不,一种银杏。

考虑史前种群,裸子植物的种群要稍微复杂一些,尤其是银杏门(= w=)。

最早的裸子植物出现在晚泥盆纪,大约3.7亿年前。最早出现的化石记录是前裸子植物门(Progymnosperm)的一些植物,这种植物与蕨类植物关系紧密,例如下图中的Archaeopteris sp.:

在晚泥盆纪出现之后,裸子植物就这样低调地勉强活着,之后的整个石炭纪几乎也还是蕨类植物的时代,鳞木、封印木等相当于今天石松类植物的木本植物当时遮天蔽日,最高可达40米,茎的直径可达1米,地下厚厚的煤层就是由这些植物的茎干形成的。木贼类的芦木、种子蕨的舌羊齿等等也都形成了高大的木本植物。(注意:在这段里提到名字的统统都不是裸子植物!)

不过,在植物演化上具有重要地位的科达树(Cordaites spp.)正生活在在石炭纪中后期。在石炭纪末,松柏门裸子植物的祖先开始出现,例如下图中的 羽杉(Walchia sp.)。

而到二叠纪早期,优势植物依然以真蕨、种子蕨为主,直到二叠纪中后期,比较耐寒的裸子植物,例如松柏等才开始大量增加,而苏铁类也是从这个时候才开始努力发展。然而好景不长,二叠纪末发生的生物大灭绝事件也波及到了这些裸子植物,随着环境压力的周期性增大,木本的针叶树反复被低矮的石松类取代,直到大灭绝后的400万到500万年,裸子植物森林才得以复原。

在三叠纪,裸子植物又重新占领了支配地位,三叠纪气候高温干燥,因此唱主角的是更加耐寒的苏铁(如下图中的拟查米亚,Zamitesfeneonis,但其实是侏罗纪的化石)以及银杏类植物(是的,在那个时候银杏还是一个很大的类群,而不是像今天一样只有银杏一种)。在北半球,裸子植物第一次占主导地位,取代了蕨类植物的位置;而南半球占主导地位的依然是羊舌齿目的蕨类植物。

三叠纪末又经历了一次大灭绝事件,但是这次洗牌依然没有影响到裸子植物所占的主导地位。当然,侏罗纪相当潮湿,优势植物又轮到了松柏们,而那个时候繁盛的植物,一直存活到今天的依然有南洋杉科、三尖杉科、松科、罗汉松科、红豆杉科、杉科这些类群。当然,苏铁、银杏等也依然占据着森林里相应的生态位。

白垩纪的最大事件是早在石炭纪末期就产生的被子植物(也叫显花植物)开始繁盛,当然这得感谢蜜蜂的出现,这类应该是至少起源于三叠纪中期的植物正是与蜜蜂共同进化,才得以今天的繁盛。在晚白垩世的坎帕期,被子植物已经成为了陆生植物的优势物种,虽然大部分松柏还繁盛着,但是其他一些裸子植物,例如本内苏铁(Bennettitales),显然已经被有花植物排挤,并最终在白垩纪末灭亡。顺带一说,本内苏铁曾经一度被认为是有花植物的直系祖先,因为它具有类似有花植物花序一样的器官——当然,趋同进化其实也可以完成这一点。

在侏罗纪大灭绝之后的新生代里,上演的就是一出被子植物极度繁盛,日渐将裸子植物边缘化的悲喜剧。

关于裸子植物的演化史,大概可以参考下面这张图(原来有见过张更好的图的,不过找不到了叹气),右边第二个黑框里的那六坨东西就是裸子植物,很明显地可以看到它是那种一度繁盛,但是后来屡遭排挤的类群:

不过裸子植物再早也不过是显生宙古生代中晚期出现的东西,之前还有漫长的元古宙、太古宙、冥古宙,因此问题里提到“地球早期”有些不太合适。毕竟出现裸子植物的3.7亿年前,距离地球形成的45.4亿年前,其实还有很长很长的距离。

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阿尔吉农飞岛国语言专家

2013-11-02 12:44

有种子但是没有种皮的植物

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