這是一個非常有趣的植物演化問題!馬齒莧(Portulaca oleracea)屬于馬齒莧科,而典型的多肉植物如景天、擬石蓮花、長生草等屬于景天科。DNA比對研究(特別是基于葉綠體基因和核基因的系統發育分析)揭示了它們在石竹目中的親緣關系,并解釋了為什么它們都表現出多肉性。
以下是DNA比對揭示的關鍵演化關系:
同屬石竹目:
- 核心發現: 最關鍵的發現是,馬齒莧科和景天科都屬于同一個大的演化分支——石竹目。這個目包含了許多形態多樣的植物,但分子系統發育研究(DNA比對)清晰地表明它們擁有一個共同的祖先。
- 證據: 對保守的基因序列(如葉綠體基因 rbcL, matK, ndhF 以及核基因 18S rDNA, ITS 等)的分析顯示,馬齒莧科和景天科的序列在系統發育樹中聚集在石竹目的節點之下,表明它們的分化時間相對較晚,擁有較近的共同祖先(在植物演化的時間尺度上)。
在石竹目中的具體位置:
- 馬齒莧科: 系統發育研究表明,馬齒莧科通常與粟米草科的關系最為密切,兩者構成一個姐妹群關系。馬齒莧科本身也包含一些多肉植物(如土人參屬 Talinum 的部分種)。
- 景天科: 景天科在石竹目內通常被認為是一個演化上相對“孤立”或基礎的分支。它與石竹目的其他主要科(如石竹科、莧科、藜科等)分化較早。有時它與回歡草科的關系被認為比較近。
- 關系親疏: 雖然同屬石竹目,但馬齒莧科和景天科并非石竹目內關系最直接的姐妹群。它們更像是“堂兄弟”的關系,擁有共同的祖先(石竹目祖先),但在演化樹上已經分開形成了不同的分支。這意味著它們從共同祖先分化出來之后,各自獨立演化。
多肉性的演化:趨同演化的經典案例
- 獨立起源: DNA比對研究最重要的啟示之一是,馬齒莧和景天科植物的多肉性(葉片或莖干肥厚多汁)是獨立演化出來的。它們并不是從一個共同的多肉祖先直接繼承了這個性狀。
- 環境壓力驅動: 這種相似的形態是對相似環境壓力(特別是干旱、強光、高溫、貧瘠土壤)的獨立適應結果。為了在缺水的環境中生存,它們都演化出了在薄壁組織中儲存大量水分的能力(肉質化)、景天酸代謝途徑以提高水分利用效率、以及減少蒸騰的表面結構(如蠟質層)。
- 基因基礎可能不同: 雖然最終表型相似(多肉),但驅動馬齒莧科植物和景天科植物肉質化的具體基因、基因調控網絡以及發育途徑,很可能是各自獨立演化出來的,或者在共同的基因基礎上發生了不同的修飾。DNA序列的差異支持了這種獨立演化的路徑。
總結與結論:
- 基因親戚: 是的,馬齒莧和景天科植物是“基因親戚”。DNA比對(系統發育研究)明確地將它們共同歸類于石竹目,表明它們擁有一個相對較近的共同祖先(在植物演化的框架下)。
- 關系程度: 它們不是直系近親(如親兄弟),更像是“堂兄弟”。在石竹目的演化樹上,馬齒莧科(與粟米草科近)和景天科是分開的不同分支。
- 多肉性的本質: 它們相似的多肉外表是趨同演化的結果,是獨立應對干旱環境的適應性策略,而非從一個共同的多肉祖先直接繼承的。DNA證據清晰地展示了這種演化上的獨立性。
- 演化啟示: 這項研究生動地展示了環境如何塑造生命形式。即使親緣關系并非最密切,面對相同的生存挑戰(干旱),不同的植物譜系也能獨立地演化出驚人相似的解決方案(多肉性)。DNA技術讓我們穿透了表面的相似性,揭示了背后的演化歷史。
因此,“馬齒莧與多肉植物的‘基因親戚’”這個說法是成立的,關鍵在于理解這種親戚關系是“石竹目堂兄弟”級別的關系,并且它們標志性的多肉性是各自獨立奮斗(演化)的成果。DNA比對正是揭示這種復雜關系的關鍵工具。