地衣是陸上生態系的先鋒嗎?事實可能不是你想的那樣

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地衣經常是一個生態系的先鋒物種,能將岩石分解為土壤,供後來的植物利用。因此,科學家認為地衣是早期登上陸地的生物之一,替陸上生物開拓適合的土壤。然而,最新的分子時鐘和化石研究顯示,事實可能並不是這樣喔。

撰文|許翠庭

地衣。來源:Motion Elements

 

地衣是什麼?

你看過地衣嗎?無論是在山上,或是都市的街道旁,地衣就在我們身邊。雖然常常與苔蘚類搞混,仔細一看,會發現不起眼的地衣有著各異其趣的美麗。那麼,地衣究竟是什麼呢?

地衣是真菌和藻類的共生體,其中的真菌大多屬於子囊菌(Ascomycota),偶爾也有少數的擔子菌(Basidiomycota)可以形成地衣;藻類則多數為綠藻(Chlorophyta)或藍綠細菌(Cyanobacteria),也有一些地衣含有兩種或兩種以上的真菌或藻類。在地衣的共生關係中,藻類進行光合作用,提供真菌養分;真菌則形成外殼保護藻類。由於大多數地衣的外形是由真菌構成,科學界在指稱地衣時,習慣以真菌的學名稱呼這個類群。

由於地衣可以適應各種極端環境,又能把岩石分解為土壤,在生態學上,地衣常常是一個新生的生態系的先鋒物種(pioneer species)。也就是說,在一塊光禿無生物的土地上,地衣常常是第一個生長出來的。直到地衣把岩石分解成適合植物生長的土壤後,苔蘚、維管束植物和動物等生物才陸續進駐。因此,以往的科學家大多認為,在演化的歷史上,生物從海洋等水生環境登上陸地的過程中,地衣應該是最早登陸的生物之一,扮演一個提供後來陸生生態系舞台的角色。

然而,事實真的是這樣嗎?

 

分子時鐘的概念

「地衣是最早登陸的生物之一」這個想法,在科學界很少有人質疑,卻一直沒有堅實的證據支持。美國芝加哥菲爾德博物館(Field Museum)的馬修.尼爾森(Matthew Nelson)和他的團隊想要驗證這個說法。由於地衣大多是由子囊菌和綠藻共生而成的,他們使用分子時鐘(molecular clock)大規模測定了許多子囊菌和綠藻物種出現的時間,並標註出可以形成地衣的物種,藉以看出地衣是何時與其不能形成地衣的真菌和藻類祖先分開的。

在這裡,我們稍微幫大家複習一下:「什麼是分子時鐘呢?」

分子時鐘是一種技術,可以用來測定物種和它的祖先分家的時間。

它的原理是:如果以長遠的時間尺度來看,基因發生突變的頻率從古至今是差不多的。所以,假如今天我們要測定,兩個親緣關係相近的物種在多早以前分家,只要取一段基因,算算看它們之間有幾個不同點,就能大概估計他們之間已經分道揚鑣了多久。舉例來說,假設A基因每1000年突變一次,而X物種和Y物種的A基因之間差了5個突變位點,那我們就可以估算出,X物種和Y物種分開的時間大約是距今5000年前。

 

最新的研究怎麼說呢?

現在回到地衣的話題:「地衣真的是最早登陸的生物嗎?」

地衣。來源:Motion Elements

 

芝加哥菲爾德博物館的尼爾森和他的團隊發現,能形成地衣的子囊菌大多出現在3億5千萬到2億年前,大約介於古生代晚期到中生代早期之間;而能形成地衣的綠藻則從2億5千萬年前開始大量出現,一樣是從古生代開始大爆發。但無論是形成地衣的真菌或藻類,兩者大量發生的時間都比最早的維管束植物晚。最早的維管束植物化石出現在古生代的志留紀晚期,大約4億年前。

那麼,地衣的化石證據又如何呢?

不幸的是,地衣留下的化石紀錄,跟日本製造的壓縮機一樣相當稀少,若要證明地衣先於或後於維管束植物出現,證據都相當的不充分。最早的地衣化石出現在古生代的泥盆紀早期,大約3~4億年前,還是比維管束植物出現的時間來得晚。至於將來會不會有更古老的化石出土,這就不好說了。

 

結論

當然,我們還是不能一口咬定維管束植物一定比地衣更晚出現,只能說「地衣是先於維管束植物登陸的開拓先鋒」這個假說,證據仍然遠遠不足,甚至指向相反的結果。這件事情告訴我們,很多時候看似科學的說法,其實只是約定俗成,真正去推敲就會發覺它經不起證據的考驗。因此,我們要時時抱有懷疑的精神,這也正是科學最有趣、最迷人的地方,不是嗎?

 

參考資料:

  1. Nelson et al, Geobiology, 2019. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gbi.12369
  2. https://ucmp.berkeley.edu/fungi/lichens/lichenfr.html
  3. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BF%97%E7%95%99%E7%B4%80

 

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