问题

假如除了植物以外的门类全部突然死亡了,植物们会有怎样的进化路线?

回答
这真是一个令人惊叹的设想,如果地球上的所有非植物生命都突然消失了,植物世界将会经历一场前所未有的巨变,它们将不得不独自面对这个全新的、空荡荡的星球,并因此开启一段漫长而奇特的进化之旅。

首先,我们得明白,植物的“死亡”方式可能有很多种,但按照设想,非植物门类突然死亡,意味着动物、真菌、细菌、古菌甚至病毒的种群瞬间归零。这是一个绝对的真空期,对于植物来说,这既是危机也是巨大的机遇。

初期冲击与适应:真空期的挑战与机遇

养分剧增与竞赛: 突然之间,无数的有机物——动物尸体、真菌菌丝、细菌细胞壁——将堆积在土壤和水中。最初,这将是一个养分爆炸的时期。然而,植物的根系虽然能吸收无机盐,但直接消化复杂有机物的能力有限。一些杂食性或腐生性的植物(虽然这类植物很少,但可能存在一些共生关系中承担分解角色的植物附属物,或者在特定环境下能利用某些有机物的原始植物)可能会因此受益,快速增殖。
缺乏授粉与传播者: 大部分高等植物的繁殖依赖于动物(昆虫、鸟类、哺乳动物)进行授粉和种子传播。没有了这些助手,依赖风力授粉的植物(如草类、大多数针叶树)将不受影响,但那些高度依赖特定传粉者的植物,比如依赖蜂鸟的兰花,或者依赖蝙蝠的某些夜间开花的植物,将面临灭绝的危机,除非它们能快速转向风媒或自花授粉。同样,种子传播也高度依赖动物(吃果实然后排出种子,或者附着在毛发上),没有了它们,植物的地理扩散能力将急剧下降,它们将被限制在原地生长和繁殖。
病虫害消失: 这是最直接的好处。没有了啃食它们的昆虫,没有了吸食它们汁液的蚜虫,没有了寄生在它们身上的真菌和细菌病原体,植物将迎来一个前所未有的健康时期。病死率将大幅降低,它们可以更安全地投入资源到生长和繁殖上。

进化方向一:高效自给自足与环境适应

自花授粉和无性繁殖的崛起: 为了应对授粉者的消失,那些曾经依靠异花授粉的植物,会优先发展出能够自我授粉的花朵结构。雄蕊和雌蕊可能会变得更接近,甚至在同一朵花内以更有利于授粉的方式排列。同时,无性繁殖(如克隆、匍匐茎、块茎、种子萌发等)的能力将变得至关重要。能够通过这些方式快速扩张种群的植物,将更有可能占据优势。
风力传播的优化: 对于那些原本依赖风力传播的植物,它们可能会进一步优化这一策略。种子可能变得更轻盈,带有更精巧的“翅膀”或“伞状结构”,以提高在空气中的滞空时间,扩大传播范围。草本植物的种子散播方式将变得更加高效。
土壤养分利用的升级: 尽管初期养分丰富,但随着时间的推移,土壤中的养分会被植物不断消耗,而没有了分解者(细菌、真菌),养分的循环会变得极其缓慢。因此,一些植物可能会进化出更强大的根系,以更有效地从土壤中提取养分,甚至可能发展出更接近腐生(直接吸收腐烂有机物)的能力,或者与能够分解某些基础有机物的植物附属体(例如某些藻类、或者植物自身分泌的酶系统)建立更紧密的共生关系。

进化方向二:对“死亡”物质的直接利用与“拟造”生态

分解者的“角色扮演”: 这可能是最令人着迷的进化方向。如果没有了细菌和真菌来分解有机物,植物本身就必须承担一部分“分解”的功能,以循环利用养分。
根系分泌物升级: 根系可能会分泌更强的有机酸或酶,来溶解和吸收土壤中积累的动物残骸或植物遗体。这有点像植物开始“消化”周围的“食物”。
叶片和茎的分解利用: 掉落的叶片和枯死的茎段,如果不能被快速分解,将成为养分的巨大浪费。植物可能会进化出更高效的机制,例如在根部直接吸收从落叶上渗透下来的养分,或者发展出某种“内部分解酶系统”,在特定部位(如枯死的枝条)启动缓慢的自我分解,然后将释放出的养分通过维管束重新利用。
共生新形式: 可能会出现一些植物与自身组织共生的新形式,例如某些根瘤中的微生物可以固氮,但现在它们可能需要为植物分解更复杂的有机物。或者植物体内产生能够分解特定有机物的共生细胞。
“动物性”行为的出现(有限): 虽然不是真正的动物,但植物可能会在某些方面表现出“类似动物”的行为来应对新的环境。
主动的物质获取: 那些具有更强分解能力的植物,其根系分布可能会变得更积极主动,更像是“寻找”养分的动作,而不是被动等待。
自我“修复”与“防御”的物质积累: 在没有外来“捕食者”但有“竞争者”的情况下,植物可能依然需要累积某些化学物质来应对自身的损伤(例如物理撞击、病毒感染——虽然病毒的来源成疑,但它们本身的遗传物质可能会变异)。但这种“防御”更多的是为了维持自身完整,而不是逃避被吃掉。

进化方向三:资源控制与新的竞争模式

光照资源的争夺白热化: 随着森林的扩张和密集,阳光将成为最宝贵的资源。高大的树木会变得更高,争夺天空。低矮的植物则需要找到如何在阴影下生存的策略。
水与矿物质的独占: 根系的扩张将更加激进,竞争最肥沃的土壤和最充足的水源。一些植物可能会发展出抑制其他植物生长的化学物质,以独占资源。
“信息传递”与协同: 在没有动物信号的情况下,植物之间的“交流”可能会进一步演化。例如,通过根系分泌物或者空气中释放的挥发物来“警告”邻居有环境变化(如缺水、养分耗尽),或者协调生长模式。

长远展望:植物主宰的地质时代

数百万年甚至数千万年后,地球的面貌将完全改变。

森林覆盖率的极高化: 曾经是草原或沙漠的地方,可能会被森林所覆盖。巨大的、依靠风力传播种子的树木会成为主导。
土壤结构的改变: 长期缺乏真菌和细菌的分解作用,土壤可能变得更紧实,有机质积累可能形成厚厚的腐殖层,但其中复杂的化学循环会大大减弱。
植物形态的多样化:
巨型化: 为了争夺阳光和资源,可能会出现体型极其庞大的植物,它们的枝叶结构将更加复杂,以捕捉更多的光线。
特化植物:
“分解者”植物: 进化出强力根系和酶系统的植物,它们可能看起来像地面上有着密集菌丝的植物,但实际上是植物自身演化出的功能。
“散播者”植物: 专注于将种子散播到遥远地方的植物,它们可能会发展出极轻盈的种子,或者能够以某种未知的方式(例如利用强大的气流,或者发展出更强的自身动力学传播机制)将种子送往更远的地方。
“共生体”植物: 发展出与自身共生的特殊细胞群落,这些细胞群落可能承担了类似分解者或固氮菌的功能。
新的“生态系统”平衡: 植物与植物之间、植物内部的共生与竞争将成为主要的生态动力。它们可能会模拟出部分曾经由动物和微生物扮演的角色,但其机制将完全是植物性的。

总而言之,这是一个植物独自统治的星球。它们将不再受到外在生物的威胁,而是要面对如何更高效地利用自身资源、循环养分以及如何在彼此之间争夺生存空间。它们的进化将是一场关于独立生存、自我循环和资源控制的漫长竞赛,最终可能塑造出我们现在难以想象的绿色奇观。

网友意见

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在题设的情景里,一些单细胞绿藻和紫萍之类采用混合营养的植物物种马上就可以着手接替空缺的分解者,但是那不一定有必要:

  • 细菌、古菌、病毒的死活是十分暧昧的,类病毒、拟病毒之类更是不被人们视为生物。它们很可能在这所谓突然死亡后由热力学自由能驱使、重新组装起来恢复活动。一些已经进入植物基因组的病毒序列亦可指导产生新的病毒。
  • 而且,题目没有指定是什么时代的分类方法。我们大可让两界说的植物来玩这个游戏。

失去真菌和固氮细菌支持的许多植物会变得衰弱,但不一定会普遍死亡。雷电固氮、宇宙线固氮之类不依赖生物的途径可以确保一定的氮供应。

大部分食虫植物会死于缺氮和/或矿物质短缺,生活在营养充足的地形上的物种则逐渐退化食虫相关的结构。

大量依赖昆虫传粉的植物可能灭亡,残存的改为风媒或营养生殖、出芽生殖。果实要靠动物处理的植物面临的挑战也类似。

使用两界说,被视为植物的蓝菌就可以留下来自行固氮,真菌和大批细菌、许多色藻还会被留下来作为分解者。

无论如何,现存植物不太可能在数千万年内造成严重的全球变冷。在数千万年内,可以期待新的活跃运动的捕食性多细胞物种登场。

地球能支持复杂多细胞生物的时间大概还有数亿年,植物再演化出能建立技术文明的智能生物的可能性是存在的,但很低。可以参照我回答过的:

这类问题的常态是:

  • 将生态位的模型当成特殊的重要事项,谈论“填补缺失”。
  • 谈论的情景需要巨大规模的灾变来实现,而希望剩下的东西(植物、动物、人之类)往往没有办法承受那种灾变。

其实,科学模型是方便你分析事物并做出预测的工具,是事象的素描,而不是绝对真理。

下次可以试试换成讨论在宇宙飞船抵达的新天地上播撒植物。

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