这是一个非常有趣的植物演化问题!马齿苋(Portulaca oleracea)属于马齿苋科,而典型的多肉植物如景天、拟石莲花、长生草等属于景天科。DNA比对研究(特别是基于叶绿体基因和核基因的系统发育分析)揭示了它们在石竹目中的亲缘关系,并解释了为什么它们都表现出多肉性。
以下是DNA比对揭示的关键演化关系:
同属石竹目:
- 核心发现: 最关键的发现是,马齿苋科和景天科都属于同一个大的演化分支——石竹目。这个目包含了许多形态多样的植物,但分子系统发育研究(DNA比对)清晰地表明它们拥有一个共同的祖先。
- 证据: 对保守的基因序列(如叶绿体基因 rbcL, matK, ndhF 以及核基因 18S rDNA, ITS 等)的分析显示,马齿苋科和景天科的序列在系统发育树中聚集在石竹目的节点之下,表明它们的分化时间相对较晚,拥有较近的共同祖先(在植物演化的时间尺度上)。
在石竹目中的具体位置:
- 马齿苋科: 系统发育研究表明,马齿苋科通常与粟米草科的关系最为密切,两者构成一个姐妹群关系。马齿苋科本身也包含一些多肉植物(如土人参属 Talinum 的部分种)。
- 景天科: 景天科在石竹目内通常被认为是一个演化上相对“孤立”或基础的分支。它与石竹目的其他主要科(如石竹科、苋科、藜科等)分化较早。有时它与回欢草科的关系被认为比较近。
- 关系亲疏: 虽然同属石竹目,但马齿苋科和景天科并非石竹目内关系最直接的姐妹群。它们更像是“堂兄弟”的关系,拥有共同的祖先(石竹目祖先),但在演化树上已经分开形成了不同的分支。这意味着它们从共同祖先分化出来之后,各自独立演化。
多肉性的演化:趋同演化的经典案例
- 独立起源: DNA比对研究最重要的启示之一是,马齿苋和景天科植物的多肉性(叶片或茎干肥厚多汁)是独立演化出来的。它们并不是从一个共同的多肉祖先直接继承了这个性状。
- 环境压力驱动: 这种相似的形态是对相似环境压力(特别是干旱、强光、高温、贫瘠土壤)的独立适应结果。为了在缺水的环境中生存,它们都演化出了在薄壁组织中储存大量水分的能力(肉质化)、景天酸代谢途径以提高水分利用效率、以及减少蒸腾的表面结构(如蜡质层)。
- 基因基础可能不同: 虽然最终表型相似(多肉),但驱动马齿苋科植物和景天科植物肉质化的具体基因、基因调控网络以及发育途径,很可能是各自独立演化出来的,或者在共同的基因基础上发生了不同的修饰。DNA序列的差异支持了这种独立演化的路径。
总结与结论:
- 基因亲戚: 是的,马齿苋和景天科植物是“基因亲戚”。DNA比对(系统发育研究)明确地将它们共同归类于石竹目,表明它们拥有一个相对较近的共同祖先(在植物演化的框架下)。
- 关系程度: 它们不是直系近亲(如亲兄弟),更像是“堂兄弟”。在石竹目的演化树上,马齿苋科(与粟米草科近)和景天科是分开的不同分支。
- 多肉性的本质: 它们相似的多肉外表是趋同演化的结果,是独立应对干旱环境的适应性策略,而非从一个共同的多肉祖先直接继承的。DNA证据清晰地展示了这种演化上的独立性。
- 演化启示: 这项研究生动地展示了环境如何塑造生命形式。即使亲缘关系并非最密切,面对相同的生存挑战(干旱),不同的植物谱系也能独立地演化出惊人相似的解决方案(多肉性)。DNA技术让我们穿透了表面的相似性,揭示了背后的演化历史。
因此,“马齿苋与多肉植物的‘基因亲戚’”这个说法是成立的,关键在于理解这种亲戚关系是“石竹目堂兄弟”级别的关系,并且它们标志性的多肉性是各自独立奋斗(演化)的成果。DNA比对正是揭示这种复杂关系的关键工具。