盡管它們可能看上去很不一樣,但玉米和黃花菜有很多共同之處.高大的棕櫚樹和矮小的拖鞋蘭也是如此.由于1.37億年前的一個(gè)共同祖先,這些被稱為單子葉植物的開花植物的根 種子,甚至是葉子都看起來(lái)很像.如今,一項(xiàng)最新的遺傳學(xué)研究揭示了原因：盡管所有這些植物如今都是“旱鴨子”,但它們的祖先曾生活在水中.

未參與該研究的美國(guó)密蘇里大學(xué)分類學(xué)家Peter Stevens表示,此項(xiàng)工作令人信服.“它讓你思考單子葉植物特征的起源.”

科學(xué)家一直難以將種子僅含有一個(gè)胚胎葉的單子葉植物放到植物進(jìn)化樹上.該進(jìn)化樹對(duì)于理解全球8.5萬(wàn)種單子葉植物的進(jìn)化關(guān)系至關(guān)重要.單子葉植物包括像玉米和水稻一樣的主要作物 被牛吃掉的草 棕櫚樹以及諸如蘭花 百合花等一些全球最漂亮的花.

“在幾乎每一個(gè)單子葉植物家族中,你都能找到美麗且在經(jīng)濟(jì)和生態(tài)上都很重要的成員.”未參與最新研究的密蘇里州圣路易斯市唐納德·丹佛斯植物科研中心植物生物學(xué)家Elizabeth Kellogg表示.

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校進(jìn)化生物學(xué)家Thomas Givnish深知建立準(zhǔn)確的家族樹有多重要,尤其是對(duì)于作物育種和基礎(chǔ)研究的重要性.為此,他把19位同行生物學(xué)家拉到一起,想制定一個(gè)迄今最明確的單子葉植物家族樹版本.他們對(duì)545種單子葉植物和22種其他植物的葉綠體中的DNA進(jìn)行了測(cè)序.基于這些植物DNA的相似性,該團(tuán)隊(duì)闡明了其家族聯(lián)系并且估測(cè)了每個(gè)分支的年齡.“對(duì)于大多數(shù)聯(lián)系,我們有非常強(qiáng)的證據(jù).”Givnish說(shuō).其中,他們的發(fā)現(xiàn)包括：香蕉在家族樹分支上比此前認(rèn)為的更靠近姜和海里康屬植物.

“真正新奇的地方在于他們?cè)诮鉀Q整個(gè)問(wèn)題時(shí)使用的數(shù)據(jù)量.”Stevens表示.大多數(shù)關(guān)系,包括香蕉和姜之間的關(guān)系此前曾有人提出過(guò).

Givnish認(rèn)為,最引人注目的地方在于這個(gè)家族樹的底部是什么.該團(tuán)隊(duì)在日前出版的《美國(guó)植物學(xué)雜志》上報(bào)告稱,同這一底部關(guān)聯(lián)最密切的非單子葉植物顯示最早的單子葉植物是水生植物.19世紀(jì)的植物學(xué)家最早提出了這個(gè)觀點(diǎn),若干研究人員也在上世紀(jì)90年代探尋了這一起源.但沒(méi)有人擁有如今為其提供支撐的遺傳數(shù)據(jù).不僅是種子,單子葉植物的葉子和根也同其他開花植物不同,而水生起源或許能解釋原因所在.

例如,單子葉植物的葉子往往擁有平行紋理,而其他開花植物的葉子擁有分支狀紋理.后者讓像紙一樣薄的葉子保持堅(jiān)硬,否則重力會(huì)讓它們不停地抖動(dòng).但單子葉植物水生祖先的葉子據(jù)推斷是漂浮的,因此能對(duì)付沒(méi)有那么發(fā)達(dá)的支撐系統(tǒng).同時(shí),大多數(shù)開花植物的葉子通過(guò)葉柄和莖干相連.

而單子葉植物的葉基往往用一些“手指”“鉤住”莖干.和水生植物的根一樣,單子葉植物的根也顯示出較少的分支.同時(shí),大多數(shù)單子葉植物是草本的,而非木本.如果它們的水生祖先像大多數(shù)樹木一樣每年增加年輪層,新長(zhǎng)出的部分會(huì)妨礙從葉子延伸至植物水下部分的空氣導(dǎo)管.

Stevens表示,研究人員需要比較的不只是葉綠體的DNA,還有儲(chǔ)存在細(xì)胞核中的更多數(shù)量的DNA.Givnish介紹說(shuō),這項(xiàng)工作已經(jīng)在進(jìn)行中.該團(tuán)隊(duì)分析了來(lái)自多個(gè)物種的核DNA的500個(gè)基因.而他們的最新發(fā)現(xiàn)“在很大程度上支持相同的關(guān)系模式”,并且會(huì)在幾個(gè)月后發(fā)表.