叶子如何反射光揭示了种子植物的叶何进化历史

根据缅因大学研究人员领导的国际科学家团队的研究，叶片反射光的示种史方式可以阐明种子植物的进化历史。

根据杜杜·迈雷莱斯(Dudu Meireles)的植物观点，植物反射光谱或叶片的化历光剖面在不同波长下反射，捕获了种子植物由于进化而发生的叶何变化和多样化。来自，反射加拿大，光揭瑞士和英国的示种史UMaine植物进化和系统学助理教授和同事探索了在过去3.5亿年的植物进化过程中，光谱如何进化和多样化。植物

迈雷莱斯说，化历研究人员发现，叶何通过测量叶子反射的反射光谱，他们可以识别植物，光揭了解其化学和进化过程，并查明其在生命树中的位置。该小组在其研究报告中写道，光谱还可以用于“提供全球规模的叶片进化和植物系统发育多样性的突破性评估”。迈雷莱斯说，他希望最终能够使用无人驾驶飞机，飞机或卫星远程进行这些测量。

“我们对植物性状和化学如何进化知之甚少，因为收集数据既困难又缓慢，但是光谱使我们能够以空前的速度收集这些数据。” 梅雷莱斯说。

国际植物科学研究杂志《新植物学家》(New Phytologist)在2020年10月号上发表了该小组的发现，并在封面上进行了推广。封面还采用了MFA中级学生Orono的Adriana Cavalcanti的艺术作品。据该杂志称，用秋天的树叶打孔创造的叶片艺术让人联想到“光反射光谱如何捕获叶片化学多样性并揭示植物的进化历史”。

卡瓦尔坎蒂说，她去年秋天通过打孔各种树叶并将不同的圆圈粘合到再生木材上而制成了彩色的叶子，从而创造了名为“仿生学”的艺术品。她说，技术与科学和自然交织的方式激发了作品的灵感，并补充说自然观察如何影响了数项技术进步。

她说，在从事植物反射光谱研究的过程中，梅雷莱斯鼓励也是植物学家的卡瓦尔坎蒂向新植物学家提交“仿生学” 。该杂志接受原创作品来反映每一期的主题，她选择了自己的作品来代表梅里尔斯的发现。

“当我听说我的作品被选为封面时，这是一个很大的惊喜。首先，因为我通常不会在科学期刊的封面上看到艺术品。其次，因为它并不是出于这种考虑而创造的，卡瓦尔坎蒂说。“对我来说，这只是一个例子，说明我们需要对自己的艺术创作持开放态度;为人们留下自己对艺术的见解的空间的重要性。”

该研究小组使用美洲和欧洲热带和温带地区的544种种子植物物种，从可见光到红外光，收集了超过16,000个叶级反射光谱的数据集进行了研究。他们使用两个全范围光谱仪，叶夹和人造光源测量了叶片光谱。

研究人员说，虽然光谱突出了种子植物的系统进化史，但表示光谱信息的信号的位置在植物谱系中可能有所不同。他们发现，例如，产生植物单子叶植物谱系进化记录的信号位于叶片反射的近红外光中，而裸子植物谱系的信号则停留在叶片反射的短波红外光中。为了监测植物多样性，梅雷莱斯说，科学家必须测量的全光谱光线从树叶，而不是带了一把反映。

该团队创建了一个模型，可以帮助模拟不同的进化动力学(例如对阴影的收敛适应)如何影响光谱。他们的框架还揭示了进化在不同程度上限制了种子植物光谱的变化，特别是与诸如叶绿素和类胡萝卜素等色素相关的可见区域。

迈雷莱斯和他的同事们希望，不仅增加叶片，而且在冠层和景观水平的高分辨率光谱数据的可用性，将有助于改善科学家监测植物生物多样性的方式。

“生态系统的功能，乃至人类的福祉，都取决于生物多样性。我们必须监测多样性以理解，管理和保护它，而反射光谱是我们有效完成这项工作的最佳工具之一。” 梅雷莱斯说。

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