维管植物在古生代进军陆地，从微小的、厘米级的无叶草本演化出丰富多彩的形态构型，包括高达几十米的乔木。叶片作为植物与外部环境的媒介，对植物生理、发育的演化以及陆地生态系统、食物链、生物地球化学循环起着至关重要的作用。叶片形态的多样性是现今地球上25万多种维管植物的最显著特征，然而在“绿化陆地”这一过程中，叶片的形态是如何多样化的？叶片的演化与地球环境与气候变化的关系是什么？这些问题充满着困惑，吸引着进化生物学家极大的关注和孜孜不倦的探索。

近日，地球与空间科学学院副教授薛进庄等与国内外同行协力合作，在古生代叶片形态演化方面取得了重要进展，研究成果以“Stepwise evolution of Paleozoic tracheophytes from South China: Contrasting leaf disparity and taxic diversity”（Earth-Science Review,2015,148:77–93）为题发表于地球科学领域的重要期刊Earth-Science Review（近五年影响因子为8.95）。

课题组利用华南地区完善、连续的古生代维管植物的化石记录，选择95种单叶、218种复叶，并分别以96个、103个性状特征对其进行编码，建立了多维形态学数据集。通过研究数据点在多维形态空间（morphospace）的分布特征和模式，对叶片的形态变异度（morphological disparity）进行定量估算，计算出叶片形态变异的范围总和、方差总和、平均不相似度等变异度指标，分析了叶片变异度与植物属种丰富度之间的动态关系。

研究表明，在维管植物演化的第一阶段（泥盆纪至石炭纪早期），植物进军至未饱和的、低竞争强度的陆地环境，单叶的变异度初步增加，复叶的变异度在石炭纪达到峰值，期间植物的维管系统、生殖结构急剧分化，灌木、藤本、草本、乔木等各种构型出现。在维管植物演化的第二阶段（石炭纪晚期至二叠纪），单叶的变异度进一步扩大，复叶的变异度维持动态平衡。此过程伴随着湿地群落在华南的逐渐恢复和繁盛，木贼类、大羽羊齿以及松柏、银杏、苏铁等现代类群的古老祖先在华南出现。论文还全面探讨了大气二氧化碳浓度、生物地理分区对叶片变异度的影响。这一研究工作将植物在形态空间（morphospace）的分布与它们在生态空间（ecospace）的演化联系了起来，为进化生物学、生态学研究提供了新的思路。

地空学院薛进庄副教授、郝守刚教授为本文的通讯作者，国内外多位同事参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金（41272018）和国家科技部973项目的支持。