迄今最小工蕨属植物揭示工蕨类的生活史策略分化
距今4.3亿至3.6亿年前，早期陆地维管植物属种多样性及表型复杂程度急剧增高。这一过程被称为“植物登陆”。“植物登陆”奠定了陆地生态系统的基础，堪比海洋生物的“寒武纪大爆发”。在此期间，早期维管植物相继演化出一系列关键性状。目前，学术界对早期维管植物生活史策略的探讨甚少。
工蕨类是早期维管植物的优势和代表类群。丰富的化石记录使得工蕨类成为研究早期植物生活史策略的重要材料。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员黄璞联合国内多位学者，报道了产自贵州下泥盆统蟒山群的工蕨属新种——包阳工蕨（Zosterophyllum baoyangense），并通过分析志留纪晚期至早泥盆世（距今约4.3亿年至3.9亿年前）全球工蕨类的多维形态特征数据，揭示了工蕨类的生活史策略分化规律。相关研究成果发表在《英国皇家学会会刊B辑》（Proceedings of the Royal Society B）上。
此次在贵州省都匀市包阳村附近发现的包阳工蕨的形态特征区别于之前报道的工蕨属植物。其中，最引人瞩目是该植物株高仅约45毫米，孢子囊穗长仅5.8毫米至10.8毫米。包阳工蕨“袖珍”的体形和“迷你”孢子囊穗极为独特，处于早期维管植物体形大小的下限。这样“迷你”的形态使得科研人员对早期维管植物的营养-繁殖器官进行思考。
该研究分析了距今4.3亿至3.9亿年前全球工蕨类的多维形态特征数据，如工蕨属以及工蕨类的茎轴保存长度、宽度，孢子囊穗及孢子囊大小、数量等。为衡量化石植物的繁殖投入总量，研究提出了孢子囊总容纳空间（TSA）这一新指标。
该研究通过对数据库中35个工蕨属、51个其他工蕨类植物进行形态特征数据分析发现，工蕨属茎轴的保存高度和宽度自志留纪逐步增大，至早泥盆世达到最大；TSA值和孢子囊尺寸显示了相似模式。至早泥盆世，工蕨属在营养器官和繁殖器官方面均表现出巨大分异，如澳大利亚工蕨的TSA值达133.8mm3至211.1mm3，而同时期保存的包阳工蕨的TSA值仅为4.3mm3至16.8mm3。研究显示，在更广泛的单系类群如石松亚门或工蕨纲中，其茎轴宽度、TSA等性状表现出相似的演化趋势。
研究分析发现，早泥盆世工蕨类体现出的形态分异代表两类不同的生活史策略。一类以包阳工蕨为代表，它们个体矮小，TSA较小，营养投入和繁殖投入均较少，推测寿命较短且在短时间内迅速完成整个生命周期，可适应于动荡环境。而另一类以澳大利亚工蕨为代表，个体高大，TSA较大，无论是营养投入还是繁殖投入均较多，可能更适宜于稳定的环境。
研究认为，正是由于趋异演化出多样的生活史策略，工蕨类才得以蓬勃发展，在早泥盆世取代了以莱尼蕨类和隐孢子植物为主导的植物群，成为早泥盆世植物群中的优势类群。
研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
论文链接
包阳工蕨化石图片
早泥盆世植物群落（前景为包阳工蕨，后景为澳大利亚工蕨等其他植物）
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