银杏将进入一年中最好的观赏期。是优雅华丽,美丽的意思,深受人们喜爱的景观树种。
中国科学院植物研究所、浙江大学、华大基因研究院的研究人员最近共同发表了一篇论文,阐明了银行群的进化历史、避难所和进化潜力,文中得出了“全球银行树几乎都源自中国”的结论,对人们来说很有趣。
新世|
从恐龙时代见证了数亿年的风雨。
秋天下午,中国科学院植物研究所安静无声。银杏树林,蜿蜒的小径蜿蜒向前,微风吹过,已经充满了金黄色。
要想知道李宁和同事们的这项研究,首先要和她一起读这个叶子——
从外形来看,银杏叶特别像打开的扇子。扇形叶本来在整个植物界就不多。只有这间房子有像银行一样平滑的曲线。符合东方传统审美,以银杏叶为模板制作的陈列品、装饰品等层出不穷也是理所当然的。
美丽的外形并不是华而不实的。更了不起的是,你随手捡起的树叶与数亿年前的银杏叶化石相比,形态几乎没有变化。(威廉莎士比亚、哈姆雷特、美丽名言)在进化生物学领域,这种情况被称为“形态停滞”,这也是银行被称为“活化石”的原因之一。考虑到这么长时间,地球发生了翻天覆地的变化,小叶能“顽固地”保持原样,真是令人惊讶。(莎士比亚)。
越过背面,细腻的叶脉也隐藏着“玄机”。各叶脉在向上伸展的过程中不断分成两条,呈“丫头”形。这种“二次分枝”是一种非常原始的分枝方式,在蕨类植物中较为常见,此后被子植物中不再出现这种叶脉。
另外,银杏叶的上部有像“波浪”一样起伏的边缘,凹陷的部分称为“裂缝”。银杏芽的裂叶边缘从完整到六十都有,与成年叶大不相同。(亚里士多德,《新伦理学》)认识成人银行的人也不一定认不出银行树苗。
银杏享有“长寿树”的美誉,这也是人们喜欢的原因之一。具体住多久?3500年!只是它的平均寿命。据悉,目前生存时间最长的是浙江天目山的“五岁同党”的古代银行,12000岁的“高龄”可以说是树上的祖先。数千岁的古代银杏更多了,主要生长在寺庙旁边,给人类文明增添了深厚的东西。
银杏是裸子植物的四大分支之一,也是全部种子植物的五大分支中唯一现存的分支之一。
“生物系的学生特别喜欢银行。因为很少有植物能一口气从“河”说成“种”。但是银行可以是——银行河银行树银行和银行树银行。”李宁感慨万千。银杏从恐龙时代走来经历了数亿年的风雨。失去所有的“亲人”,留下“遗世独立”,好像超越了时间。
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基因测序解密密码寻找银杏的起源。
不仅普通民众喜欢银行,这么多“神奇”的生物学特征结合在一起,在学术界也是响当当的“明星”,很多专家学者都在孜孜探索。近二三十年来,银杏一直具有很高的研究热度,相应地,学术界也存在各种争议,避难所问题可以说是讨论度最高的。
“避难所”是一个通俗的概念,在新生代第四期大冰期到来之前,银杏本来分布很广,一度蔓延到北极点附近。冰川来的时候,全世界的银行几乎灭绝了。由于东西向的山脉和比较温暖的环境,中国东部、南部和西南部分地区有可能保留很少的银行。研究人员称这种“为灾难提供庇护”的场所为避难所,其实是生物学的“发源地”。
现在世界银杏树已经随处可见,到底是从什么地方“走出去”的呢?“有人说是韩日,也有很多学者认为是起源于中国。关于中国的起源,有支持东部天目山起源的,也有支持西南部武川、金佛山等起源的。这一直是一个有争议的、没有完全解决的问题。”
李宁早在2016年就表示,在浙江大学、华大基因研究院、植物所三方合作下,完成了第一棵银杏的基因组测序工作。这次研究是在以前的项目基础上再次集中力量合作,主要目的之一是解决长期存在争议的避难所问题。
研究收集了全世界51个银行群中总共545个具有代表性的银行样本,占到目前为止最广泛的范围,包括中国、韩国、日本、北美和欧洲。采集样本的工作主要是由长期从事濒危植物(银行、吴东等)群体遗传学和保护基因组学研究的浙大团队进行的,此后三家机构一起进行了测序和数据挖掘,并赋予了每个样本专用的“身份证号”。
要想通过数百个基因组解决外国银行的传播问题,该从哪里开始呢?从生物学角度来看,由于生物对区域环境的适应,地理距离越远,遗传成分的相似性一般就越低。如果地理位置较远的两个标本遗传成分出乎意料地相似,甚至比相邻的土地更相似,那么很可能是“几个兄弟,留在家里的人,被带到国外的人”。
李宁回忆说,这种结合距离和遗传成分以大数据支撑的研究方法是群体遗传学研究的经典战略,但当时被植物所葛松研究院提出并应用于此事。仍然令人钦佩。(莎士比亚、温斯顿、遗传学、遗传学、遗传学、遗传学、遗传学、遗传学、遗传学、遗传学、遗传学)
通过这种思考,研究人员计算了两个样本之间的地理距离和遗传距离(遗传成分相似性),发现目前遍布全球的银杏几乎来自以浙江天目山郡为代表的中国东部物种。“例如,欧洲的银行样本表明,现有的遗传成分更接近天目山银杏树,与‘可疑’起源的日本银行有很大差异,不是从日本流出的。”
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随处可见却“濒危” 野生银杏几断层
除了得出“全球银杏几乎都源自中国”这一重磅结论,这项研究还回答了其他几个学界一直存在的疑问与争议。
“银杏属于濒危植物,需要去好好保护。”李宁首先抛出的这个结论,令人颇为吃惊——如此常见的树种,哪里谈得上“濒危”呢?
事实上,不但普通公众想不到,这一结论也出乎不少科研人员意料。从演化历史来看,历经地球数次震荡却依然能够存活,已经证实了银杏强大的适应能力。在城市中,它常被用作行道树,除了美观,还因为它抗污染、耐冷耐旱。最令大家佩服的是,银杏几乎没有病虫害,很少能见到叶片被咬出缺口、孔洞。此外,银杏易于栽种,只要环境敞亮,有充足的阳光和水,95%的种子都可以正常萌发。
种种特性显示,银杏与“濒危”应该沾不上边。然而李宁介绍,一个物种是否濒危,要看它在野生条件下的生长状况。研究中他们震惊地发现,野外近10年来都没有发现天然更新的银杏幼树了,只能见到成年银杏大树,这说明银杏后代几乎是断层式消失。
饶强摄
“我们分析,或许是物种大灭绝时,取食银杏种子的动物比如食草恐龙灭绝了,种子的传播途径变少。再加上森林郁闭度很高,银杏又‘晚婚晚育’,要二三十年才会结种,掉下来的种子都落在庞大的‘母亲’身边,大多数动物不愿意帮助这种“臭烘烘”的种子传播到阳光充足的地方,野外萌发率就非常低了。”李宁认为,对于银杏野生种群及其核心种质资源,仍需给予重点和精准保护。
在进化潜力方面,尽管银杏从外貌上看几乎是一样的,但当对545份样本进行重测序后,它们在遗传成分上展现出了丰富差异。这说明银杏维持了较高水平的遗传变异,拥有较大进化潜力,并非处于灭绝旋涡或进化末端。
此次研究虽已取得瞩目成就,但李宁坦言,对银杏这个“谜题富矿”的挖掘,还远没有到尽头。
“比如在应用方面,景观利用上我们希望栽种雄株,避免掉落一地银杏种子,气味也不好。在提取药物营养成分方面,又希望栽种雌株可以收获银杏果。另外银杏病虫害少,耐旱耐低温,背后的机制是什么?银杏长寿的奥秘又是什么?”
摄影:魏婧
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