图1 灰背栎（一种高山栎组植物）

多倍化（全基因组加倍）是被子植物物种形成与演化的重要驱动因素之一，该现象在被子植物演化历史中普遍存在。多倍体植物通常表现出更高的基因组多样性、更广的表型变异范围及杂种优势效应，使其在干旱、高寒等恶劣生境中具备更强的生存优势。全球重要的粮食作物小麦，就是一个复杂多倍化的产物。大约在1万年前，二倍体的一粒小麦（AA）与山羊草（BB）“邂逅”产生了杂交小麦（AB）, 杂交的小麦经过自然加倍形成了异源四倍体的二粒小麦（AABB）。异源四倍体的小麦又一次与节节草（DD）杂交形成了不育的ABD后代，这个不育的后代经过染色体自然加倍形成了异源六倍体的普通小麦（AABBDD）。

多倍化一直是植物学研究的热点之一，许多基因组学研究都提及物种在形成或演变过程中存在古多倍化过程，但目前一直缺乏被子植物古多倍化的直接证据。作为古植物研究者，我们一直在想能否从植物化石中寻找多倍化的证据。在现代植物中检测多倍化，主要通过染色体分析、测量基因组大小等细胞学与分子方法，这对于古植物学来说显然行不通。然而，古生物的研究自有一套研究方法，即通过化石的一些性状、特征与生命过程或气候要素的相关性，从中获取生命过程和气候要素的信息，这种方法称为寻找替代指标（proxy）。比如基于植物气孔指数与大气二氧化碳浓度的相关性，就可以通过分析植物化石的气孔指数重建古大气二氧化碳浓度；研究发现植物群落中全缘叶和具齿叶的比例与年均温呈线性关系，只要知道植物群中全缘叶和具齿叶的比例，就可以推算出该植物群所处时期的古年均温。我的学生胡瑾瑾博士，一直研究栎属植物气孔指数与大气二氧化碳浓度的相关性。她通过人工气候室控制实验、海拔梯度样品采集、1930-2011年间历史腊叶标本采集这三种独立材料开展研究，发现青冈的气孔频度（含气孔指数）与大气二氧化碳分压呈显著的负相关关系。在此基础上，她将海拔梯度样品和历史标本样品合并，建立了青冈气孔指数与大气二氧化碳分压的关系式：SI =-0.32pCO₂+ 22.93(R²= 0.645)，并将这种相关性用于古大气二氧化碳浓度的重建。栎属青冈组植物化石在新生代中后期有广泛而丰富的记录，青冈有望成为一个可以广泛应用的维管植物新替代指标。

2018年，在青藏高原第二次综合科学考察研究中，我们考察了著名的西藏南木林的剖面（中中新世，~15 Ma）（图2）。这一剖面产出了丰富的植物化石，早期文献记载，南木林植物群以产桦木科化石为主，兼有高山栎化石（图3）。在采集化石的过程中，我发现桦木科的植物化石和高山栎的化石并不是产自同一个层位，高山栎的化石在产桦木科化石层位的上部，两者相距大约有30多米，在产高山栎化石那个层位，根本找不到桦木科的化石（图4）。一边挖化石，我一边在想，这种现象是如何形成的呢？或许是南木林对面的喜马拉雅山脉进一步抬升，引发了相应的环境效应，在南木林地区出现了干旱环境，使得桦木科植物不适应干旱环境而消失，而高山栎凭借自身保水抗旱的生理特征，在桦木科植物消失后仍存活于此。突然一个念头在我的脑海中闪现，除了高山栎的保水抗旱的生理特征外，会不会是高山栎发生了多倍化的原因呢？已有多项研究证实多倍化的植物通常适应性更强：南京农业大学在PNAS上的研究显示，四倍体水稻相比二倍体水稻在盐胁迫环境中有更强的存活能力；还有研究从基因组加倍、遗传多样性等多方面解析了多倍体增强植物对干旱、盐分等非生物胁迫耐受性的机理；甚至在北极地区，73%的植物是多倍体，足见多倍体植物对极端环境的适应优势。怎么样能证明1500万年前的植物产生了多倍化呢？之前阅读文献，我知道多倍体的植物气孔比二倍体的植物要大，已有研究显示，多倍体巴西橡胶树的气孔长、宽度比其二倍体植株大10%，大麦小孢子再生植株的气孔保卫细胞长度也会随倍性增加而增长，而且多倍体植物染色体加倍会显著导致气孔保卫细胞增大。采自南木林的化石都有角质层，是有可能测量气孔大小的，明白了这一点以后，我非常兴奋。

图2 2018年笔者正在西藏南木林采集植物化石

图3 产自南木林剖面下层的植物化石

回到实验室后，我找到胡瑾瑾博士，和她分享了我的想法，正好当时一篇关于气孔在古生态学上的应用的综述也有相关论述。小胡一直在做高山栎气孔指数和大气二氧化碳浓度相关性的研究，掌握着大量高山栎的气孔相关数据，由她来做这项研究最为合适。

她对南木林的高山栎化石，以及产自云南浑水塘、庆福村、鹤庆红园（晚上新世，3.6–2.58 Ma）的高山栎化石进行了角质层分析（图4）。结果表明，南木林高山栎化石气孔尺寸显著大于其他几个地点的化石，也显著大于最近现生亲缘种，而现代高山栎组植物都是二倍体。这个发现初步验证了我们的假设，要最终证实这一猜想，还需进一步开展研究。由于植物气孔大小与基因组大小呈显著正相关，叶化石的气孔大小可作为估测基因组大小的有效替代指标。目前学界对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系已有相关研究，但仍缺乏广泛而统一的认识。我们针对42种种子植物开展气孔大小与基因组大小的相关性分析，又整合已发表的139种被子植物的数据，完善了气孔大小与基因组大小的正相关关系曲线（图5），进而利用上述4个植物群的高山栎组化石气孔大小估算其古基因组大小。结果显示，西藏南木林化石的基因组大小远高于云南上新世3个植物群的化石以及现生高山栎组植物（二倍体）的基因组大小（图6b），其比值落在四倍体与二倍体基因组大小比率的范围内。也就是说中中新世产自南木林的高山栎可能是一个四倍体，由于多倍体高山栎具备更强的抗旱、抗寒能力，在其生长地（拉萨地块）的环境变化后，比以桦木科为主的落叶阔叶林在青藏高原存续的时间更长。我们的假设得到了证实。

图4 西藏南木林剖面，绿色虚线是落叶阔叶化石的层位，黄色虚线是高山栎化石的层位 

图5 种子植物的气孔大小与基因组大小的正相关关系

图6 不同时期的高山栎组植物化石和现生材料的气孔大小和基因组大小

获得这一理想结果后，我们便着手撰写论文。论文写好后，首先投到了美国国家科学院院刊（PNAS），不久便收到了回复。稿子没有送审就被拒了，编辑说：The existence of a polyploid oak fossil is interesting and worth publishing, but it is not of broad interest to the PNAS readership（栎属存在古多倍化这一发现颇具研究价值，值得发表，但它对PNAS的读者群体而言缺乏广泛吸引力）。我认为我们的创新点是首次在被子植物化石中证实了古多倍化的存在，编辑没有认识到我们的创新点，这或许正是作者与编辑之间的认知差异所在。

我们没有气馁，又把稿子投给了植物学的专业期刊New Phytologist，很快稿子就送审了——至少编辑认为这是一项有价值、有创新性的工作。New Phytologist在行业细分领域学术影响力大、专业认可度高，向来对原创文章的创新性有着很高的要求。大约3个月后，我们收到了审稿意见。两个审稿人一致认为论文有创新，有潜力，第一个审稿人是我们的小同行，他指出了一些统计学层面的问题，还提出了一个令我们难以回应的问题，他说需要有更古老的二倍体化石来证实中中新世南木林化石发生古多倍化的可靠性，虽然审稿人也认为这是非常困难的事情（I think to have confidence in their interpretation of paleopolyploidy the authors would need to show differences in GCL in fossils older than the Miocene deposits. Whilst I recognise that, this might be challenging given the nature of the stratigraphic record）。第二位审稿人，显然是做现代植物的，他/她主要是不认可多倍体更能够适应极端环境的的观点。不用说出，稿子被拒了。

我们仍然没有灰心，继续按照审稿人的意见，完善了统计学的方法，对于多倍化适应干旱的情况进行了说明，给了更多的案例，又把稿子投给了Proceedings of the Royal Society B。随后也收到两位审稿人的意见，其中一位和New Phytologist 的审稿人是同一位，因为他写的第一句话和New Phytologist评审意见的第一句话完全一致，而且他仍然坚持要我们呈现更古老的高山栎化石气孔数据。第二个审稿人，看到了我们工作更多的创新，他/她认为我们的工作是首个在栎属中通过测量保卫细胞结合流式细胞术，沿海拔梯度探究种群水平细胞型变异的研究（This study appears to be the first study in the oaks to look for population level cytotype variation using measurements of guard cells and flow cytometry across an elevational gradient），但他/她希望我们补充更多的栎属植物此类数据。不过补充这类数据显然不是我们这项工作的重点，稿子又被拒了。

这一次我们感到非常失望，第一个审稿人是我们的小同行，我们的稿子无论投到哪个期刊，大概率他都会是审稿人，他都要我们呈现更早的高山栎化石的气孔数据。寻找化石确实可望而不可即，不是努力就可以实现的，于是这项研究就被搁置了起来。

在此期间，我们一直参与青藏高原第二次综合考察研究项目，在芒康我们发现了晚始新世的高山栎化石，有几块高山栎的化石上保存着少许的角质层，有可能获得晚始新世高山栎的化石数据。由于论文多次遭拒，加之对于是否能从芒康高山栎的化石上做出角质层，并没有十分的把握以及胡瑾瑾的工作又有了变动，我对这项研究已有些泄气，我们没有立刻开展这些工作。

时间又过去了几年，彼时我虽然已经退休，但心里还挂念这这件事情。我一辈子的研究，都有始有终，这次也不能让这项工作烂尾。小胡的工作已安定了下来以后，我又催促她继续这项工作。小胡对产自西藏芒康晚始新世高山栎的角质层进行了研究，由于芒康的化石角质层稀少且保存不佳，她费了很大周折才获得其气孔数据。令人欣慰的是，该数据并未推翻此前的结论，而是进一步夯实了研究结论。补充了这个数据后，我们把稿子投到了古地理、古生态和古环境的专业期刊：Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology（业内俗称三古）。这次，我们又遇上了同一位审稿人。此次由于补充了晚始新世高山栎的气孔数据，这位苛刻的审稿人对我们的稿件给出了较高评价，他称我们凭借可靠数据，首次基于化石证据，证实了古多倍化的存在，不仅显著推进了从化石中重建古基因组大小的研究方法，也为被子植物中的古多倍化现象提供了罕见的证据。（This study uses the robust positive correlation between guard cell length (GCL) and genome size (GS) to identify, for the first time, a possible mid-Miocene palaeopolyploid individual in Quercus sect. Heterobalanus based on fossil evidence, and further links this polyploidization event to regional aridification driven by Himalayan uplift. The manuscript addresses an important topic, presents substantial data, and applies rigorous methods. It significantly advances the approach of reconstructing ancient genome sizes from fossils and provides rare evidence for palaeopolyploidy in angiosperms），最终这项研究以“Palaeopolyploidy promoted ancient adaptation of Xizang sclerophyllous oaks to aridity and cold triggered by mountain uplift”为题在三古发表。

科学研究的目的是认识未知世界，创新是科学研究的灵魂。那种四平八稳的论文或许更容易发表，而创新性较强的论文，获得同行认可往往需要一个过程，其间也难免要经历一些波折。要让同行接受新的学术观点，并非易事。两次拒稿的那位同行提的要求（补充更早年代的高山栎的气孔数据），虽然苛刻，但不无道理，非凡的观点，需要非凡的证据嘛。一篇稿子审稿和修改的过程，就是一个质量不断提高的过程。做研究就不要怕修改稿子，拒稿让人沮丧，但也未必是坏事，它让我们重新审视自己的研究工作，提供了一个改善研究工作质量的机会。再者，搞研究的人，谁没被拒过稿呢？