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你能想象恐龙还没有灭绝的时代存在的植物吗?经过漫长的历史,现在还存在于世界上吗?大卫亚设,Northern Exposure,季节名言)这是世界上最长寿的叶子植物——韦尔奇兰,从现在开始年龄最大的韦尔奇兰已经有2000多岁了。
名字叫韦尔威奇亚,但实际上只能活到100岁。通过碳14退休法测定,研究者发现,部分百年兰实际上有5 ~ 600岁,较大的百年兰很可能活到2000 ~ 3000岁以上。
目前世界上最大的韦尔奇利亚已经大约1500岁了。|维基
19世纪,奥地利植物学家弗里德里希韦尔维奇(Frederich Welwitschia)在非洲发现了奇怪的生物,它被卷曲的树叶覆盖着,就像沙漠里生长的章鱼一样。植物学家们既震惊又害怕,甚至“只能跪在地上,什么也做不了”。只要一碰,这植物就只是想象中的虚构。”此后,韦尔威奇亚的学名以植物学家韦尔维奇的名字命名,米拉比利斯被称为奇迹(mirabilis),韦尔威奇这个学名就是“韦尔维奇发现的神奇植物”。
这种植物生长在非洲南部、安哥拉和纳米比亚沿岸的纳米比亚沙漠地区。纳米布沙漠是世界上最古老的沙漠之一,完全是荒地,年降水量不足25毫米。为了在这种恶劣的环境中生存,百年兰是短粗结实的倒锥状茎,非常长的主根吸收地下的水分,当然最重要的是有两片永不脱落的叶子。
韦尔威奇亚的结构。| the genome reveals a unique biology underpinning extreme longevity in deserts
在南非的语言中,韦尔奇兰也被称为“twee blaar kanniedood”,意思是“两片不死的叶子”。的确,百年兰一辈子只有两片叶子,可以持续生长几千年,不会下降。有人推测,热带植物像温带植物一样,不需要通过落叶抵抗寒冷,也不需要常年缺水。但是,在这个干旱荒凉的沙漠里,如何吸收水分呢?
韦尔威奇啊:不仅秃头,长发也有点飘逸。|维基
白塞兰的根不仅能进入地下到达地下水的主根,在这片近海的沙漠里,白塞兰叶片表面的气孔因圣水而关闭,但接近地面的须根充分吸收了清晨带来的海雾,保持湿润。
除了韦尔奇利亚之外,世界上很多生长在非常干旱地区的植物都有自己的旺季技术————景天酸代谢(Crassulacean acid metabolism,CAM)。在干旱环境下进行CAM的植物白天关闭叶片气孔,减少水分蒸发,晚上气孔打开吸收二氧化碳,这些二氧化碳用苹果酸储存在液泡中,到白天再转化为二氧化碳进行光合作用消耗。生长在干燥沙漠中的仙人掌、多肉植物都以这种方式储存体内水分。之所以被称为“景天山代谢”,是因为这种产代谢机制首次在景天和植物中被发现。
在热带干旱地区生长的多肉植物为了适应生存,开发了景天山大使这一独特的生存战略。| Pixabay
韦尔奇兰看起来有很多长发,但看起来很多,但实际上只有两个。叶底部的分生细胞不断产生新的叶组织,支持持续生长。而且,当叶子末端的细胞枯萎时,叶子的尾巴看起来越来越枯萎。但是仍然不会下降,这其实是韦尔日利亚神秘的生存战略之一。
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它真的只有两片叶子,看起来浓密可能只是因为叶子太长了……| Wiki
在中科院中-非联合研究中心的组织下,深圳中科院仙湖植物园万涛研究员团队、中国科学院武汉植物园王青锋研究员团队、以及纳米比亚Gobabeb研究中心、英国Kew皇家植物园、中国科学院植物研究所等单位的科学家启动了对于百岁兰的研究,从百岁兰基因组的角度上探究它的演化历史,以及生态适应性。
科学家们发现,百岁兰的基因组呈现极端重度甲基化。所谓基因的甲基化,就是给原本的DNA加上甲基,而这会影响基因的表达,让它没有办法发挥遗传物质本该有的作用。简单点来说其实就是不让原有的基因正常工作了。
叶片尾端真的会有种像被烧焦一样的形态。| Flickr@Tarmo Tamming
这种甲基化能够保持基因组的完整性,还能避免DNA的有害突变。另外,重度甲基化加速了百岁兰基因组的脱氨作用。通常来说,当构成DNA的胞嘧啶(C)脱氨后会转化为尿嘧啶(U),因此,百岁兰基因组中的G-C含量异常地低。
在漫长的发展过程中,百岁兰的基因组向着越来越简单,并且“低能耗”的方向演化。
这是因为,对于生命来说,DNA复制就是最基本的生命活动。因此拥有更多的遗传物质就意味着要消耗大量的能量。在沙漠这样恶劣的环境中的百岁兰想要生存下去,就需要找到一个低成本的能量消耗策略。
其他基因也发生了一些变化,比如说植物分生组织相关的细胞,它可以让百岁兰的两片叶子长久不断地获得新分化的叶片细胞,持续生长几千年。另外,它抗热、并且高度木质化的叶片也能够适应极端干旱的环境。
而这样一种经历了漫长岁月,能够忍受极端环境的长寿植物,由于太过独特,以致于它属于百岁兰目、百岁兰科、百岁兰属,在这个大分类中,只有百岁兰这一个独苗。也许当我们看到这样一株穿越上千年的生命,也会像19世纪的韦尔维奇第一次发现百岁兰时一样感到震撼。
封面来源:Flickr@Tarmo Tamming
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来源:把科学带回家
编辑:乐子超人
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