黑客叶静脉建筑代码可以预测过去的气候

作者:金瑞灯

<p>加州大学洛杉矶分校的生命科学家发现了新的法则,决定叶片生长和进化时叶脉系统的构建这些易于应用的数学规则现在可用于使用化石记录更好地预测过去的气候</p><p>该研究发表于5月15日在Nature Communications杂志上,它对全球生态学有一系列基本影响,并允许研究人员从一片叶片中估算原始叶片大小</p><p>这将改善科学家对叶片化石深层气候的预测和解释</p><p>叶脉是在植物的生命中非常重要,提供叶子进行光合作用所需的营养和水,并支持它们捕捉阳光叶片大小对于植物适应环境也很重要,在较干燥,阳光充足的地方发现较小的叶子然而,关于什么决定了叶脉结构的数学联系,人们所知甚少叶片静脉系统和叶片大小有可能解释重要的自然模式新的加州大学洛杉矶分校研究重点关注分布在全球各地的植物物种的这些联系“我们发现了非常强大的,基于发育的叶片大小和脉络的缩放,直到现在仍未被注意到“加州大学洛杉矶分校生态与进化生物学教授,该研究的主要作者Lawren Sack说,叶脉系统的结构如何依赖于叶片大小</p><p> Sack和他的实验室成员在几个物种的几项研究中观察到惊人的模式叶脉系统由主脉组成(前三个分支“顺序”,大而肉眼可见)和小静脉(由美国国家科学基金会,Sack团队,加州大学洛杉矶分校研究生Christine Scoffoni,三名加州大学洛杉矶分校本科研究人员和其他美国机构的同事共同资助的由美国国家科学基金会联合资助的网状植物测量数百种植物物种世界各地使用计算机工具专注于经过化学处理和染色的叶子的高分辨率图像,以便能够清晰地观察到静脉</p><p>团队发现了可预测的关系,这种关系在全球不同的叶子上有较大的叶子,它们的主要静脉间隔较远,根据一个明确的数学方程式,无论其结构的其他变化如何(如细胞大小和表面毛发) s)或生理活动(如光合作用和呼吸作用),Sack说:“这种叶片大小和主脉的比例具有强烈的意义,可以解释许多观察到的模式,例如为什么在较干燥的栖息地中叶子往往较小,为什么开花植物有他说,这些叶脉关系可以在全球范围内解释植物形态中最着名的生物地理学趋势:干燥中小叶子的优势,以及如何最好地预测过去的气候</p><p>暴露的栖息地这种全球模式早在古希腊人(Lesbos的Theophrastus)以及探险家和科学家就已经被注意到了</p><p>为什么小叶子在干燥地区更常见的经典解释是较小的叶子被更薄的层覆盖静止空气,因此可以更快地冷却并防止过热当叶子处于炎热,干燥的环境中时,这肯定是一个优势,但它不能解释wh在较凉爽,干燥的地方也发现了较小的叶子,Sack指出,去年,Scoffoni和Sack提出,小叶片的主要静脉紧密排列在一起,提供耐旱性研究发表在植物生理学杂志上,指出在干旱期间改善水分运输的优势为了生存,叶子必须打开其表面的气孔,以捕获二氧化碳,但这会导致水从叶子中蒸发</p><p>水必须通过叶脉取代,水通过叶片吸收水分</p><p>来自土壤的茎和根引起叶脉“木质部管道”的张力,如果土壤变得太干燥,空气就会被吸入管道,导致堵塞,团队发现,使用计算机模拟和详细的实验植物种类繁多,因为较小的叶片有较大的静脉,它们紧密地堆积在一起 - 每片叶片的主脉长度更高 - 它们有更多的“高速公路”用于水运输 较小叶片中较大数量的主要静脉通过在干旱期间将水封闭在干扰周围来提供耐旱性这一解释得到了该团队对一个引人注目的全球趋势的新发现的强烈支持:较小叶片中每叶面积的较高主脉长度Nature Communications研究提供从叶片中估算叶片大小的新能力,以及从富含叶片的化石沉积物中更好地估计过去气候的原因由于叶片较小的趋势,每片叶片的主脉长度较高,可以使用简单的叶片从片段估计叶片大小的方程每个叶子区域的主要静脉长度可以由任何愿意仔细观察它们周围的大小叶子的人来测量“我们鼓励任何人从街上的树上抓住大小的叶子并查看你自己认为主要的静脉更大,并且在更大的叶子中间隔得更远,“Scoffoni说,因为叶子大小是由古生物学使用的当这些化石植物存活下来并确定它们存在的生态系统的类型时,能够“预测”降雨,从碎片遗骸中估算完整叶片大小的能力对于估算化石记录中的气候和生物多样性非常有用,萨克说,该研究还指出了一个新的解释,为什么叶脉进化允许开花植物从早期进化的群体,如苏铁,针叶树和蕨类植物接管数千万年因为除了少数例外,只有开花植物有密集的小静脉,这些允许高光合速率 - 提供水以保持叶细胞水合和养分促进光合作用 - 开花植物可以获得比早期进化组更高的光合速率,Sack说加州大学洛杉矶分校团队的新研究也表明叶片中的主要和次要静脉系统独立地进化,并且这些系统之间的关系不同取决于生命大小“主要静脉与叶片大小密切相关,在较大的叶片中间距变得更大,直径更大,小叶脉与叶片大小无关,在小叶片或大叶片中它们的数量可能很高, “Sack说”这使得开花植物能够制作具有广泛光合速率的大叶或小叶</p><p>开花植物在各种叶片大小的每个区域获得高的小静脉长度的能力使它们能够适应到更广泛的栖息地 - 从阴影到阳光,从潮湿到干燥,从温暖到寒冷 - 比任何其他植物群,帮助它们成为今天的主要植物“叶脉与叶片大小的数学联系的力量跨越不同物种提出了原因问题加州大学洛杉矶分校团队解释说,这些模式来自共享的脚本或“程序”的事实,叶片扩张和叶脉的形成团队革命研究了过去50年对孤立植物物种的研究,并发现它们的叶片发育中的物种具有惊人的共性“叶子分两个阶段发育,”Sack说:“首先,微小萌芽的叶片稍微缓慢地膨胀,然后它开始明显,快速生长阶段并扩大到最终尺寸“在叶片生长的第一个缓慢阶段形成的主要静脉,在快速扩张阶段之前它们的数量已经完成,他说在快速扩张阶段,那些主要的静脉被推开,并且可以简单地延伸和增厚以匹配叶片膨胀在快速阶段期间,主要静脉之间可以继续开始较小的静脉,因为生长的叶片可以继续铺设新的分枝的小静脉在最终的成熟叶片中,即使在主要静脉间隔开的大叶子中也可能间隔很小的静脉“开发计划的普遍性是惊人的,”Sack说,“它是骗局因为不同的植物物种共享重要的静脉发育基因这一事实 - 叶片大小的叶脉结构的全球尺度模式随之出现“这些静脉趋势,通过高分辨率测量证实,”在我们的鼻子下到处都是明显的,“ Sack和Scoffoni说为什么直到现在这些趋势都没有被注意到</p><p> “这是植物的时间,”Sack说“在植物生物学中等待被发现的东西太神奇了现在似乎无限 上个世纪以物理学和分子生物学的令人兴奋的发现而闻名,但本世纪属于植物生物学特别是考虑到植物对食物和生物圈可持续性的重要性,更多的注意力集中在一起,人们看起来越多,发现的基础就越多</p><p>制作“ - 在网上:....