岛屿植物木质化以应对频繁的火山活动

火山灰对植物的冲击与恢复 来源：npj biodiversity

岛屿植物的木质化（insular woodiness），是指岛屿上的植物从草本到木质化的进化过渡。这也是岛屿植物群落标志性的特征之一。达尔文对于这种现象给出的解释是：物种间的竞争要求植物具有更高的茎 —— 以获取更多的光照；干旱也会促进木质化，以保护植物内部水分的运输；或者可能是岛屿气候和缺乏食草动物的结果。

然而，一项新的研究对这种现象提出了新的解释：岛屿植物的木质化，可能是因为许多植物在保护自己免受频繁火山活动的影响。岛屿经常遭遇火山喷发，在进化时间尺度上有大量和广泛的火山灰沉积。植物为了避免完全被灰烬掩埋而选择了木质化的进化方向（木本植物甚至可以在近半米高的火山灰中生存），以此重新出现在新的陆地表面上。

该研究团队以西班牙加那利群岛最西北端的火山岛——拉帕尔马岛作为主要研究对象。在2021年，这个岛屿发生过多次严重的火山喷发。在地球历史进程中，这些火山活动在海洋岛屿重复了数千次。

拉帕尔马岛火山的喷发为生物地理学研究提供了独特的机会。多年来，加那利群岛的地质和气候变化已被精确地记录。因此，关于岛屿植被的新观测可以很容易地整合到更大的背景下。2022年4月，在火山爆发结束四个月后，拜罗伊特大学（University of Bayreuth）的Carl Beierkuhnlein教授带领研究小组检查了拉帕尔马岛的植被。几乎整个岛屿表面都被火山活动喷出的火山灰所覆盖。总共有2000多万立方米的火山灰沉积在岛上。在火山口附近，大面积的火山灰层高达20多厘米，附近地区的火山灰层高达两米多。

2021年拉帕尔马岛火山灰沉积记录 来源：npj biodiversity

令人惊讶的是，大多数木本植物都在这场灾难中幸存了下来。即使是在灰烬层厚度十厘米到半米之间的地区，几周后它们也已重新盛开。相比之下，许多草本植物和禾本科植物仍然被埋在灰烬之下。由于火山灰覆盖了植物周围的大片区域，草本植物广泛生产种子的优势难以生效——它们的种子被火山灰所掩埋。几乎所有幸存下来的木本植物都是当地特有的，它们只生长在拉帕尔马岛。综上所述，这些发现构成了生物选择的一个范例：木质化被证明是确保海洋岛屿生存和进一步发展的一个特征。

海洋岛屿在地球历史上经常受到火山活动的影响，其中一些岛屿至今仍然存在，而它们植被中特有物种的比例极高。鉴于目前对拉帕尔马岛的观察，研究团队认为，火山灰的频繁沉积会改变土壤表面，这种土壤表面变化会影响植物的进化。岛屿植物木质化的选择很可能是一种生存策略，使岛上的植物能够保护自己免受火山灰的影响。随着木质在其生物量中所占比例的增加，使得没有稳定结构的草本植物种群经过许多代逐渐发展成为岛屿特有木本植物。

火山活动并不是海洋岛屿植物木质化的唯一驱动因素。然而，它很可能是一种特殊的被忽视的进化机制，它有利于所有具有木本结构的物种。这些海洋岛屿在地质过程、土壤形成、养分、气候等方面非常相似，需要更好地了解导致物种形成和特有性的进化机制。诸如火山喷发等短期（在进化时间尺度上）但频繁的事件，也可能为生态学、进化和演替研究提供新思路。

参考文献：

1.Volcanic ash deposition as a selection mechanism towards woodiness. https://www.nature.com/articles/s44185-023-00018-2

2.Volcanism—an underestimated driver of evolution on oceanic islands. https://phys.org/news/2023-08-volcanisman-underestimated-driver-evolution-oceanic.html

3.https://cn.lamscience.com/plants-animals-around-volcanoes

4.Dale, V. H., Delgado-Acevedo, J. & MacMahon, J. Effects of modern volcanic eruptions on vegetation. (eds. Martí, J. & Erns, G. G. J.) 227–248 (Cambridge University Press, 2009).

5.The evolution of insular woodiness. https://doi.org/10.1073/pnas.2208629119

编译：王家欣

审核：Richard

编辑：Tommy