植物生殖古生物学：洞察长期生殖动态的一扇窗户

《Trends in Ecology & Evolution》：Plant reproductive palaeobiology: a window into long-term reproductive dynamics

　　

• 理解植物繁殖动态对于预测种群和生态系统对环境变化的响应至关重要。
• 然而，植物繁殖动态通常需要数年甚至数十年的时间来研究，这样的时间尺度太短，无法揭示其长期的生态和进化后果。
• 沉积物档案保存了丰富的花粉、种子和孢子记录，这些记录的时间跨度从几十年到几百万年不等，能够捕捉到重大的气候和生物变迁。
• 高分辨率显微镜技术、古代DNA提取和人工智能驱动的图像分析等方面的新进展，正在扩展可以从化石繁殖体中恢复的繁殖信息。
• 我们的框架将化石繁殖体记录与其他古代理指标相结合，为生物多样性保护和生态系统管理提供关于植物繁殖的基本见解。

部分摘录

时空中的繁殖过程

从配子产生到传播和建立，繁殖过程在空间和时间上存在显著差异，从而形成了所谓的繁殖动态（见术语表）。这些动态又影响了遗传多样性、种群结构以及不同营养级之间的生物相互作用，对物种分布、适应性、群落组成和生态系统功能有着深远的影响。

作为繁殖动态古代理指标的植物繁殖体

跨越数百年至数百万年的沉积物档案在全球范围内非常丰富，能够记录重大环境变化时期。化石和亚化石繁殖体（如花粉、植物孢子和种子）保存在各种陆地和水生环境的沉积物中。沉积物沉积往往可以高精度地确定年代，即使是层状沉积物也能达到每年一次的分辨率，从而为研究提供可靠的年代序列。

研究长期繁殖动态的新框架

我们的框架主要利用保存在可定年的分层沉积物中的花粉、植物孢子和种子，来获取关于最近过去和远古时期植物繁殖动态的时空分辨率信息（图1）。其概念创新在于将化石繁殖体记录的繁殖信息与独立的环境和生物古代理指标相结合，以研究（i）有性繁殖在空间上的变化

植物繁殖动态的长期变化（‘模式’）

在年际和十年尺度上，繁殖输出、物候和同步性存在显著变化，包括开花时间的变化、有性繁殖的减少或失败，以及结果频率和强度的转变。人们经常利用气候或海拔梯度上的空间-时间替代关系来推断对环境变化的长期繁殖响应，但这种做法依赖于一个很少成立的假设，即空间模式能够充分代表实际情况

优化受威胁物种的保护策略

了解当代种群低遗传多样性的原因是评估灭绝风险和制定保护措施的基础。区分导致低遗传多样性的不同人口过程（例如种群瓶颈、基因流受限和繁殖成功率不平衡）可能具有挑战性，因为许多过程会产生相似的基因组特征。因此，以往的研究主要集中在量化随时间的基因组侵蚀上

结论性评论

由于植物的繁殖和传播在从种群到谱系的各个尺度上调节着关键的生态和进化过程，因此理解繁殖动态随时间的变化对于将短期观察结果与长期结果联系起来至关重要。植物繁殖古生物学利用全球范围内丰富的、分类学多样的花粉、种子和植物孢子沉积记录，能够在这一理解上取得独特进展。

致谢

A.P.和M.M.-F.得到了诺和诺德基金会的资助（项目编号126827），A.P.还获得了Villum Fonden的研究资助（项目编号126651）以及丹麦国家研究基金会的卓越中心资助。我们感谢编辑和三位匿名审稿人对手稿早期版本的宝贵意见。

作者声明没有利益冲突。

在撰写本文期间，作者使用了ChatGPT（OpenAI）和Claude（Anthropic）来提高手稿的可读性和语言表达。使用这些工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容负全责。

古代DNA

从化石、亚化石或环境沉积物（例如沉积物）中恢复的DNA，通常高度破碎且化学损伤严重。

生物标志物

保存在沉积物和沉积岩中的有机化合物，源自曾经的生物体，并保留了其生物前体的结构特征（例如脂类、甾烷和藿烷）。

克隆繁殖

通过无性繁殖产生基因上完全相同的后代的过程

Ana Prohaska | Sergey Rosbakh | Rasmus Nielsen | Lucas Czech | Marc Macias-Fauria