十億年的共存能告訴我們植物和真菌的進化嗎?在8億年前，陸地上既沒有植物也沒有真菌，考慮到目前巨大的生物多樣性，生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢和對環(huán)境的影響，這是一個令人驚訝的現(xiàn)象。弗吉尼亞理工大學(xué)名譽教授Khidir Hilu，以及由植物學(xué)，真菌學(xué)，古生物學(xué)和生物信息學(xué)方面具有互補專長的13名研究人員組成的團隊，在Nature Communications上發(fā)表的一項大型研究中聯(lián)合起來解決這個問題。

“植物和真菌對土地的運動已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)地改變了我們的星球，塑造了自己的生物多樣性以及動物王國的生物多樣性，”科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)系榮譽教授希魯說。“我們的研究表明，成功的植物和真菌入侵土地是兩者之間共同進化相互作用的結(jié)果，這增強了它們的生物多樣性。這些發(fā)現(xiàn)是適時的考慮氣候變化的當(dāng)前問題和植物和動物經(jīng)歷的顯著滅絕及其影響在我們的星球上。“

作者指出，盡管真菌和植物之間的相互作用，包括寄生，共生(對兩種生物都有益)和腐生(從死亡植物部分獲得養(yǎng)分)，已被作為其成功的關(guān)鍵機制，但沒有人探索同期的進化事件在他們的歷史中。

在本文中，作者使用分子和生物信息學(xué)技術(shù)在多種方法中從方法學(xué)上探索了植物和真菌的進化。他們首先使用在實驗室中生成的基因序列數(shù)據(jù)或從基因組序列的庫中獲得，為植物和真菌建立了穩(wěn)健的系統(tǒng)發(fā)育或進化歷史。

接下來，他們使用基因突變和可靠的化石記錄估計了植物和真菌譜系的進化分歧日期。然后，他們獨立計算了兩個王國主要血統(tǒng)多樣化率的重大變化。一旦完成這些研究，植物和真菌的最終系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系就會在相同的地質(zhì)時間尺度上進行對齊，這使研究人員能夠確定各種關(guān)鍵植物 - 真菌共同進化事件的起源，特別是共生關(guān)系和植物的分解。由真菌。他們注意到兩個王國的多樣化率發(fā)生了巨大變化，這些變化令人信服地顯示了植物 - 真菌的共同進化和長期歷史中的相互依賴性。

作者報告說，土地的真菌定植與至少兩種陸生綠藻的起源有關(guān)，并且起源于陸生植物的起源之前。這恰好與損失一致，約 7.2億年前，真菌鞭毛是一種睫毛狀的附屬物，可以幫助真菌在水中游動。

相反，數(shù)百萬年后，在古生代時期，通過最終產(chǎn)生今天生活的所有陸生植物的血統(tǒng)成功地殖民土地可能是由真菌促進的，特別是通過真菌占據(jù)最早的陸地植物的細(xì)胞，促進共生，這是植物和真菌在陸地上取得成功的關(guān)鍵。

地球上重要的生物，生態(tài)和環(huán)境事件之一是包含所有帶種子的植物的譜系的起源和初始多樣化。種子植物，包括針葉樹和開花植物，在志留紀(jì)時期出現(xiàn)了大約4.36億年前。值得注意的是，該植物譜系的一個顯著特征是存在產(chǎn)生木材的獨特類型的細(xì)胞分裂。這導(dǎo)致了大型木本樹木的進化，這反過來導(dǎo)致建立了以富含木質(zhì)素的木材為主要內(nèi)陸的第一個內(nèi)陸森林。

如果沒有與真菌相關(guān)的進化及其消化植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)聚合物木質(zhì)素和纖維素的能力，這樣的舉動就不可能成功。這種進化的新穎性有助于有機物質(zhì)的循環(huán)利用，從而促進了森林系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。種子植物譜系的起源和早期多樣化依次是最大類真菌 - 木耳菌綱的進化。

外生菌根真菌(與植物根部外部相關(guān)的真菌)的起源似乎是由植物中的一系列進化創(chuàng)新產(chǎn)生的，包括木材，種子和根的起源。這些相應(yīng)的進化事件對于促進現(xiàn)有種子植物的多樣化至關(guān)重要，包括松樹，云杉，鐵杉和蘇鐵等含錐植物，以及開花植物，以及它們向干燥環(huán)境的擴展。

后一組除了包括大多數(shù)活的植物物種和主要的生態(tài)系統(tǒng)，如森林和草原外，還包括形式和功能的驚人多樣性，并提供幾乎所有的食用植物。外生菌根真菌與植物形成共生關(guān)系，可在植物根部周圍形成網(wǎng)絡(luò)，有助于水和養(yǎng)分的吸收，通常有助于寄主植物在惡劣的天氣條件下生存。

植物和真菌的宏觀進化主要是分開研究的; 然而，這項研究清楚地表明，它們各自的進化歷史是相互關(guān)聯(lián)的，只有通過在穩(wěn)健的時間范圍內(nèi)同時研究它們的系統(tǒng)發(fā)育才能理解它們。

預(yù)計動物王國的進化也是如此，這是一個高度依賴光合自養(yǎng)植物的群體，以及一般的微生物。