科学家仍然无法定义木材

在我们看来,我们知道什么是树木,但是即使在遗传水平上,也很难确定什么能将它们与其他植物区分开来



棘松

几年前,在我父母在佛蒙特州的家中享用感恩节晚餐后,闪电击中了我们院子里的一棵枫树。 我们听到了可怕的裂纹,厨房窗户外面的黑暗暂时变成了明亮的光线。 而且只有在春天,我们才能够确保树已经死了。

这棵枫树很年轻,树干没有超过甜点盘的直径。 如果他的生活没有因灾难而缩短,他本可以活300年。 但是在树木中,意外死亡非常普遍。 有时,这是由于人为失误造成的,例如,2012年在佛罗里达州,超过3500年的沼泽柏树被故意纵火摧毁 。 更不幸的是,恶劣天气以干旱,风,火或霜冻的形式出现。 当然,树木会受到寄生虫和疾病的影响; 诸如真菌的袭击会明显缩短树木的寿命。 但是那些设法避免这种敌人的树木能够活得很长。

如果您让一个人描述是什么使一棵树成为一棵树,那么最早的标志就是寿命长,木头和高度。 在许多植物中,预期寿命是有限的(科学家称其为程序性衰老),但在树木中却并非如此-许多植物辛苦地生活了几个世纪。 正是这种无限增长的特性,可以将科学作为树木的分界标志,甚至可以超过木材。 但这在一定程度上有所帮助。 在我们看来,我们知道什么是树木,但是当我们尝试识别它们时,它们开始滑过我们的手指。

树木没有分组在一起-它们的谱系是不同的,并且它们已经获得了各种特征,使用不同的策略成为我们今天看到它们的方式。 长寿。 目前的记录保持者是5067岁的多刺松树 ,生长在加利福尼亚州的白山高处,被认为是methuselah树预期寿命的经典例子。 埃及的金字塔是在这棵树已有将近500年的历史时建造的。 科学家们认为,强壮的棘刺松树对生长的主要部位具有抵抗力:它们避免了大火穿过低地和寄生虫,这些火焰在严峻的亚高山条件下无法生存。 红杉生长在松树生长的山脉下方,使用长寿的方法完全不同。 这些怪物的躯干直径可以达到10米,可以生存数千年,借助厚而坚固的树皮以及许多可以用作驱蚊剂的物质来抵抗火和寄生虫。

在东部约400英里处,活树看上去像纺锤状圆锥花序,就生活和红木而言,它们击败了松树-再次,使用了完全不同的策略。 树状的杨树 -可以被拥抱的树,很少长到15 m以上-在从树干下部释放新过程方面非常成功。 结果,出现了巨大的“树”链,从基因上说实际上是一个个体,由地下的根部联合而成。 据信,在犹他州的犹他州杨树殖民地已有大约80,000年的历史。 然后仍然居住在地球上的尼安德特人。

如果我们考虑添加克隆,那么树木将很快失去其长寿的首要地位。 皇家冬青树是源自塔斯马尼亚州的明亮绿色灌木丛(严格来说,灌木丛不属于树木,因为它们缺少中央的,主要的茎)。 世界上只有一个皇家冬青树种群,科学家们相信所有这些都是克隆。 尽管它有时开花,但没人见过它的果实。 最近对他年龄的放射性碳估计表明他(他们?)至少43,000岁。

在加利福尼亚州的莫哈韦沙漠中长着杂草丛生的灌木丛 ,被称为“克隆之王”,大约有11700年的历史。 在寻找结合树木定义的迹象时,长寿是完全不能令人满意的,就像森林人罗纳德·兰纳Ronald Lanner )在2002年衰老研究评论》中的一篇文章中所写。

来自美国太平洋西南森林服务站的遗传学家安德鲁·格鲁弗Andrew Gruver)长期以来一直在思考树木。 他很快承认,识别它们是有问题的。 “去苗圃,您会发现那里的植物根据其类型和功能分为不同的类别,包括属于“树木”的类别,”他在2005年写道,“什么基因使一棵树变成一棵树?”在《植物趋势》中科学。 这种分类是直观和实用的,但不自然。”

例如,格罗弗(Grover)指出木材是树木的标志性特征。 “真正的”树木的木材(我们将在稍后进行讨论)在“二次生长”的过程中出现。 它允许树木的厚度增加,而不仅仅是高度增加。 茎周围的特殊细胞环负责次级生长。 这些细胞的组织称为形成层 ,它们在两个方向上分开-相对于树木向外形成树皮,向内相对于木材。 年复一年,木材沉积在新的内环中,其中添加了纤维素和长而硬的聚合物木质素 。 硬化后,木质细胞死亡并几乎完全腐烂,仅留下坚硬的壁。

在当今的现有植物中,次生生长可能只有一个进化来源,尽管当今的小穗马尾在约3亿年前发明了这种过程的版本,例如使现已灭绝的鳞翅植物长到35米高。 但是,次生植物的存在并不会导致树的自动出现:尽管有单一来源,但在整个植物科树中到处都有“木本味”。 一些植物群失去了形成木材的能力,有时这种能力在那些已经消失的进化分支中重新出现。 显然,这种能力在植物定居于岛屿之后的进化过程中很快出现。 例如,在夏威夷有树状的紫罗兰,在加那利群岛有树状的蒲公英。

树木概念本身非常灵活,与该概念的字面意思背道而驰-记住鼠尾草或薰衣草的坚实茎。 这不是存在与否的问题,而是程度的问题。 “非树状植物和带有树木的大树代表了这两个物种的两端,环境条件可能会影响某些植物显示出的树状程度,”胡佛在2010年《新植物学家》杂志的一篇文章中写道。 “实际上,术语“草”和“树状”虽然很实用,但并未认识到属于一个或另一类植物的巨大的解剖学多样性和不同程度的树状自然性的存在。”

分子生物学提出了一些关于为什么维持木材生成能力并在植物进化过程中经常出现的想法。 提供枝条和其他植物“主要”生长的与枝条生长上调相关的基因在产生木材的次生生长过程中也很活跃。 这表明,在进化过程中,调节木材外观的新基因吸收了已经存在且对芽生长至关重要的基因。 这也可以解释为什么在没有木材的植物中保留了生产木材的能力,以及从进化的角度来看,重新启用这种能力如此容易的原因。

但是,要成为一棵树,就不必生产木材。 在单子叶植物中 ,一大堆失去了生长能力的植物中,有一些树状的代表不是“真正的”树木,但肯定看起来像树木。 香蕉在看起来像树干的东西的帮助下长到了一个很高的高度,但实际上-在“伪桶状”的大量叶基上,这些叶基密密麻麻地相互堆叠。 真正的香蕉茎只有在开花,从叶子推入和伸出时才出现。 但是,香蕉树的高度可以达到3米。 棕榈树家族也与单子叶树木有关,其高度不断增长,并长出了最初的浓密芽苗菜,其顶部出现了巨大的芽(请注意,棕榈树的树干在生长过程中不会变粗)。

考虑到所有这些,最近对树木基因组的分析很少提及树木的定义特征就不足为奇了。 加州大学戴维斯分校的遗传学家David Niall及其同事研究了自2006年黑杨以来已测序的41种植物(包括葡萄)的基因组描述。 他们的分析发表在去年的《植物生物学年鉴》上。研究结果表明,与没有食用水果的树木相比,生产食用水果的树木的基因组中通常有许多异常的基因专门用于糖的生产和转移。 但是西红柿也有。 一些树木,例如云杉,苹果树和一些桉树,已经扩展了其遗传工具集,以应对干旱或霜冻等问题。 但是一些草本植物也是如此,包括菠菜和距骨纸浆,Tal-一种用于杂草生长的生物学植物模型,看起来尽可能地不像一棵树。

迄今为止,尚未发现树木的突出基因或一组基因,也没有发现基因的任何特殊性质。 困难吗? 否:整个植物界都存在基因重复(通常被用作复杂性的标志)。 基因组大小? 否:在草本植物中分别找到最大和最小的基因组(分别是巴黎粳稻Genlisea tuberosa-第一种是带有白色花朵的壮观植物,第二种是捕获并且最简单的微小捕食者)。

与Niall的对话证实,树状树可能更多地取决于所包含的基因,而不是基因组中存在的基因。 他说:“从基因组的角度来看,树木总体上具有与草药几乎相同的一切。” -树木大,有木材,可以从地面提取水并将其输送到高处。 但是看不到将树木与草分开的特殊生物学。”

但是,尽管分类困难,但是属于树木具有不可否认的优势。 这使植物可以利用高度,在那里它们可以吸收阳光并散布花粉和种子,而不会受到亲戚生长在地面附近等障碍的困扰。 因此,可能是时候开始把“树”这个词当作动词而不是名词了-“种”或“造树”。 这是一种策略,一种生存方式,例如游泳或飞行,尽管从我们的角度来看这很慢。 在没有明确终点的情况下“树” –直到斧头,寄生虫或感恩节闪电摧毁您。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN411785/


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