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2.7亿年前就出现在地球上的银杏 靠这种“神力”存活至今

来源:菲律宾太阳城申博2020-02-11 09:07

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  银杏不仅生命力顽强,还是我们熟知的“活化石”。研究发现,银杏长寿的秘密主要有两方面原因:一是树干形成层干细胞不进入衰老阶段;二是树体的抗性超强。

  最近,扬州大学银杏研究团队、北京林业大学林金星团队和林木分子设计育种高精尖中心合作,发现银杏古树长寿并非某单一的长寿基因调控,而是生长与衰老过程中多个因素综合平衡的结果。该研究成果近日在《美国国家科学院学报》在线发表。

  银杏不仅生命力顽强,还是我们熟知的“活化石”,它在地球上已经存活了数亿年,那么到底是什么原因使得银杏树能够如此长寿?近日,科技日报记者采访了科研团队相关专家。

  经历大灭绝、被子植物崛起 银杏2.7亿年屹立不倒幸存至今

  从事银杏研究20多年的扬州大学教授王莉告诉科技日报记者,在银杏等裸子植物出现之前,陆地上主要分布着早期维管植物,例如石松纲、楔叶纲、真蕨纲、种子蕨、科达目植物,以及种子植物的祖先——前裸子植物等。二叠纪时期,以种子繁殖的裸子植物因适应性更强,繁殖摆脱了水的限制,开始兴旺起来,逐渐取代了蕨类植物的优势地位。

  “根据已发现的化石证据显示,银杏等早期裸子植物至少在2.7亿年前就已经在地球上出现,但需要说明的是这些早期的化石种是现存银杏所在银杏目里的近缘祖先种,并不是现存的银杏。”王莉说。

  大约2.52亿年前,地球生物圈经历了一场名为“二叠纪-三叠纪大灭绝”的历史事件。化石记录表明,绝大多数海洋生物在这场浩劫中消失,陆生动物也被摧毁将近一半,地面上的植物纷纷死亡。

  距今1.4亿年前,自然的新宠——被子植物突然出现,开始吞噬裸子植物的生存空间。

  扬州大学银杏研究团队介绍,裸子植物都是木本植物,生命周期较长、生长较慢,有性生殖一般都是通过风媒传粉,传粉效率低。而被子植物生长期短、生长快、传粉方式多样,大部分被子植物世代短,在相同时间周期内,细胞染色体联会重组、杂交、遗传变异等机会更多,导致物种进化快。

  特别是大量被子植物演化出了与动物协同进化的关系,如提供花蜜给传粉昆虫、成熟果实吸引鸟类取食等等,大大提高了选择进化效率,使得被子植物多样性大暴发,能快速占领各种生境空间,以及能在气候变化中更快地适应等。

  不仅被被子植物挤压生存空间,距今6500万年前的白垩纪-第三纪灭绝事件又给了裸子植物沉重的一击。这次灭绝事件不但使恐龙团灭,更是差点荡平陆地上的高大树木,不幸的是,裸子植物基本都是高大的树木。

  在这一连串的打击下,银杏成了银杏科银杏属唯一幸存下来的孑遗种。“尽管在侏罗纪、白垩纪时期,银杏家族繁茂,化石显示当时银杏科有大量银杏近缘种,但经过第三纪和第四纪冰期,陆续灭绝,这些近缘种的灭绝显然与地球气候变化和冰期有关。”王莉说,而现存银杏是因为有部分种群局部分布在中国未被冰川覆盖的诺亚方舟地区(云南、四川、湖北等地),因而得以幸存下来。“其实,不仅仅是银杏,还有一些裸子植物例如水杉、银杉、巨杉等都存活了下来。原因一方面有局部地理位置的幸存者效应,另一方面也跟这些物种较强的抗性和适应性有关。”

  干细胞不衰、抗性超强 是银杏“永葆青春”的重要原因

  几乎所有多细胞生物都无法逃避衰老,并最终导致个体死亡。人和动物的衰老被认为主要与端粒损耗、DNA损伤、DNA突变积累、表观遗传改变等因素有关,寿命一般只有几十年,最长也仅100多年。然而与动物不同,自然界中,一些树种年龄可达几百甚至上千年依然生长旺盛,但其长寿机制却一直不清楚。

  扬州大学银杏研究团队、北京林业大学林金星团队和林木分子设计育种高精尖中心合作研究发现,银杏长寿的秘密主要有两方面原因:一是树干形成层干细胞不进入衰老阶段;二是树体的抗性超强。

  很多植物例如很多一年生农作物,一旦开花结果,就开始进入衰老阶段,最后导致个体死亡,也就是说死亡是物种个体生长发育中预先设置好的默认程序。绝大部分多细胞生物都会这样,就像人到老年,各种器官组织就会不可避免地进入老化一样。但研究人员发现600多年的银杏古树,尽管干细胞分裂变慢了,但并没有老化迹象,这些古树干细胞中,所有跟老化相关的生理和分子指标都与20多年树龄的树没有显著差别。这种干细胞不断的持续分裂能力,是银杏永葆青春的重要原因之一。

  同时,银杏体内抵抗逆境、病虫害和病菌的R基因数量远远多于其他物种,木质素单体、类黄酮和芪类化合物代谢通路的基因数量和表达在银杏古树中也没有下降,这些具有特殊保护功能的代谢物在古树中的累积效应,大大增强了树体的抗性。扬州大学银杏研究团队认为,银杏抗性基因多,特别是抵抗各种极端环境的能力很强,这是银杏能够在各种灭绝事件幸存下来的主要原因。此外,持续合成木质素等物质增加了树干的密度和强度,对不断增大的树体起到支持作用。这就好比人类,虽然进入老年,但免疫能力、骨骼肌肉能力依旧很强大,从而大大延长了寿命。

  “该研究发现银杏古树长寿并非某单一的长寿基因调控,而是生长与衰老过程中多个因素综合平衡的结果,对揭示树木在个体水平上的生长与衰老调控机制具有重要科学意义。”王莉说。

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  银杏“长寿”要感谢人类驯化栽培

  其实在银杏漫长的生涯中也遇到过生存危机,幸运的是它们遇到了人类。

  大约500万年前,银杏在北美洲灭绝;大约260万年前,银杏在欧洲灭绝;从260万年前开始,地球陆续经历了多次冰河时期,冰期后孑遗中国的银杏数量非常稀少,和其他濒危物种一样也岌岌可危。

  直到后来,被人类驯化之后,银杏才真正地躲过了灭绝的命运。专家认为,银杏能够存活到现在和人类的驯化栽培,有着直接关系。

  正是由于银杏抗性基因多、生命力顽强,特别是对人类来说有着很多价值,因此人类选择银杏来驯化栽培。银杏有观赏价值,其叶形奇特、树姿优美,是重要的观赏树种;银杏有食用、药用价值,其种子可食用,银杏叶还是治疗心血管类疾病药物的主要原料。目前,许多地区种植银杏作为经济树种。

  银杏是幸运的,通过人类的引种,银杏在全球的数量得以迅速增加。现在银杏的分布已经非常广泛,成为世界各地不同地区道路、公园和景区的重要风景树种。(过国忠)

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