美国耶鲁大学的Craig Brodersen教授团队发现了一种让植物更耐旱的维管系统变化，这对于理解古代植物如何从湿地生长到水源有限的地方具有重要意义。他们发现，最早的陆地植物的圆柱形维管系统在水栖环境中很有效，但在迁移到水资源较少的地方时，植物必须克服由干旱引起的气泡问题，因此，圆柱形木质部发展出了更复杂的结构以防止气泡扩散。这一发现有助于培育耐旱植物，提高对气候变化的抵抗力，并解决与食品安全相关的生产问题。
最早的陆生植物很小，主要在湿润的沼泽地带生长。然而，约四亿年前，植物发展出了能有效吸水的维管系统，永久改变了地球的气氛和生态。科学家一直在探究古代植物如何从湿地生长到水源有限的地方。现在，美国耶鲁大学的Craig Brodersen教授团队发现了一种让植物更耐旱的维管系统变化，为解决这个问题开启了新的可能。相关结果于11月10日发表在《科学》杂志上。
这项研究由一场关于早期植物为何从简单的圆柱形维管系统转变为更复杂结构的争论激发。20世纪20年代，科学家注意到化石记录的复杂性在增加，但他们无法确定为何会这样。近十年来，Brodersen团队研究了现代植物维管系统的构造，特别是在干燥环境下。
当植物开始干燥，气泡会阻止水在木质部（负责从土壤中运送水和营养到茎和叶）中流动。如果不控制，这些气泡会导致植物与土壤断开，最终导致植物死亡。因此，防止这些气泡的形成和扩散对于植物的耐旱性至关重要。
研究人员发现，最早的陆地植物的圆柱形维管系统在水栖环境中很有效。但在迁移到水资源较少的地方时，植物必须克服由干旱引起的气泡问题。因此，圆柱形木质部发展出了更复杂的结构以防止气泡扩散。
历史上，人们认为维管系统在化石记录中的复杂性增加是偶然的，对植物体积增长和结构复杂性的发展并无大影响。但这项新研究推翻了这一观点。研究人员认为，干旱的压力是导致这一变化的主要原因，这是植物进化的一个重要因素。
第一作者，捷克科学院植物研究所的Martin Bouda表示，他们找到了泥盆纪植物维管结构变复杂的原因。研究团队通过观察植物标本的内部结构，包括来自耶鲁大学皮博迪自然历史博物馆的化石标本和耶鲁-迈尔斯森林、纽约植物园等地的活植物，预测了耐旱的维管结构，并阐明了其结构变化如何显著提高植物的耐旱性。
“每当植物偏离圆柱形维管系统，每当有一点变化，植物抗旱能力就会提高。如果这种奖励一直存在，那么它就会推动植物从原始的圆柱形维管系统转向更复杂的结构。” Brodersen认为，这些微小的变化使植物解决了它们在地球历史早期必须解决的问题，否则今天的森林就不会存在。
这一变化过程约花了2000万到4000万年。研究植物维管结构变化的驱动力可以帮助我们培育耐旱植物，提高对气候变化的抵抗力，并解决与食品安全相关的生产问题。
Brodersen解释说：“现在我们对维管系统如何组成，以及它如何影响植物的耐旱性有了更深入的理解，这将有助于我们的育种计划，例如，培育出更好的根系和更好的植物维管系统。”
