从生物形态到化石：现存樟科植物叶片结构的祖先状态重建及其对化石记录的意义

《Palaeontology》：From living to fossil: ancestral state reconstruction of leaf architecture in extant Lauraceae and its relevance for the fossil record

　　摘要

樟科（Lauraceae）是一类热带至亚热带的被子植物家族，具有显著的多样性和丰富的化石记录，主要发现于从白垩纪至今的全球各地。然而，由于形态上的趋同以及现存物种和化石物种之间叶片特征的变异有限，许多化石叶片的分类位置仍然不确定。我们利用祖先特征状态重建（最大似然法）和系统信号分析方法，研究了现存樟科植物中13个叶片结构特征的进化及其系统学意义。研究结果表明，这些特征在家族内部多次独立演化，并具有重要的系统学信号。尽管多次特征起源无法定义更高的分类等级，但这些特征的综合运用可以作为识别家族成员的有效诊断工具。这对于化石记录具有重要意义，因为它有助于解释形态上的趋同现象，例如肉桂属（Cinnamomum）叶片和Laurophyllum属的特征。这些特征也有助于关联白垩纪的化石，该时期以形态复杂性和茎群与冠群的共存为特征。即使某些化石表现出独特的、可能是自发的特征，诊断指南仍然有用。最后，由于白垩纪的形态多样性，尤其是叶片的裂片特征，其最后共同祖先的形态仍存在争议。但随着对这些白垩纪化石的系统位置研究的深入，这一问题将逐渐明朗。尽管我们的发现基于现存物种，但更可靠且定义明确的特征有助于将化石数据更好地整合到系统发育学研究中。

樟科属于樟目（Laurales）（The Angiosperm Phylogeny Group等人，2016年），包含约50-58个属和2500-3500种（Rohwer 1993；POWO 2024）。系统发育研究表明其单系性（Renner 1998, 1999）；然而，樟科在樟目中的确切位置仍不清楚，某些属/支系的系统位置仍存在争议（Rohwer 2000；Chanderbali等人2001；Rohwer & Rudolph 2005；Li等人2007；Trophimov等人2016, 2019；Song等人2020；Tian等人2021；Yang等人2022）。樟科的分布主要是泛热带的，少数物种也见于温带地区（Rohwer 1993；van der Werff & Richter 1996；Tan等人2023）。该科主要由常绿乔木或灌木组成，例外的是Cassytha属（L.），它由寄生草本植物组成（Rohwer 1993；van der Werff & Richter 1996）。樟科叶片的结构特征如下：叶片简单，互生或近轮生，边缘完整，大多无裂片；但在Sassafras J. Presl、Parasassafras D.G. Long（幼叶）和Lindera（Adans.）Thunb.属中叶片有裂片。初级脉序为羽状、辐射状或顶端向基部延伸。次级脉序为简单/蔓生状或简单向基部延伸，远端变为蔓生状。偶尔存在中间次级脉和蔓生状的辅助脉。三级脉序为混合型、不规则网状或两者兼有。第四和第五级脉序为网状，叶缘常有一条细长的脉（图1；Klucking 1987；Rohwer 1993；van der Werff & Richter 1996）。虽然叶片结构在现存物种的系统学研究中应用不广泛，但它对于将化石叶片与樟科关联起来至关重要（例如Bandulska 1928；Hill 1986；Klucking 1987；Upchurch & Dilcher 1990；Coiffard等人2019）。

图1：一些现存樟科植物的叶片结构多样性。A-F：墨西哥国立自治大学（UNAM）地质研究所收藏的叶片标本。G：Wilf等人（2021；NCLC-W_69b）数字数据库中的叶片。A：Ocotea purpurea (Mez) van der Werff，具有羽状初级脉序、蔓生状次级脉和混合型（向基部延伸/网状）三级脉。B：Cryptocarya aschersoniana Mez，具有羽状初级脉序、蔓生状次级脉和混合型（向基部延伸/网状）三级脉。C：Damburneya cf. coriacea，具有羽状初级脉序，次级脉向基部延伸后变为蔓生状，三级脉为混合型向基部延伸。D：Machilus japonica Siebold & Zucc.，具有羽状初级脉序，次级脉向基部延伸后变为蔓生状，三级脉互生且向基部延伸。E：Caryodaphnopsis burgeri N. Zamora & Poveda，具有基部顶端向基部延伸的初级脉，蔓生状次级脉和混合型向基部延伸的三级脉。F：Sassafras albidum (Nutt.) Nees，具有基部辐射状的初级脉，蔓生状次级脉和混合型（向基部延伸/网状）三级脉。G：Lindera obtusiloba Blume.，具有基部辐射状的初级脉，次级脉向基部延伸后变为蔓生状，三级脉为混合型向基部延伸。比例尺：A、C为1厘米；B为0.5厘米；D-G为2厘米。

与樟科相关的叶片化石记录代表了多样的分类/形态特征（图2），地质年代范围从中白垩纪到上新世，化石分布于所有大陆（例如Cantrill & Nichols 1996；Hu等人2007；Anzótegui & Ace?olaza 2008；Li等人2009；Coiffard等人2019；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz 2024）。然而，由于许多化石的亲缘关系不明确，这存在局限性，这取决于信息的质量和数量（Dilcher 1974；Upchurch & Dilcher 1990；Spicer等人1997；Jungwirth 2004；Kva?ek & Váchová 2006；Narita等人2008；Hermsen等人2012；Peppe & Hickey 2014；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz 2022；?epi?ková & Kva?ek 2023）。

在古植物学中，化石叶片的研究涉及对叶片结构（宏观特征）和角质层特征（微观特征）的详细分析，并将其与现存和化石代表进行比较（Hickey & Wolfe 1975；Upchurch & Dilcher 1990；Green & Hickey 2005；Ellis等人2009），这种方法可以追溯到早期识别这些营养器官的研究（例如Ettingshausen 1888）。对于樟科而言，角质层起着关键作用，因为它具有有助于识别樟科化石叶片的分类学特征（Bandulska 1926；Christophel等人1996；Dao等人2013a；Barclay等人2007；Gomes-Bezerra等人2018；Coiffard等人2019；Gang等人2021）。然而，角质层主要用于识别家族级别的叶片，因为解剖学变异较小，无法区分不同属（Hill 1986；Nishida & Werff 2011；Nishida等人2016）。尽管角质层在家族级别的分类鉴定中起着关键作用，但它往往无法保存。因此，在许多情况下，叶片结构是识别樟科相关材料的唯一信息来源（例如Upchurch & Dilcher 1990；Dilcher & Lott 2005；Peppe等人2008；Wang & Dilcher 2009；Gregu? & Kva?ek 2015；Panti 2020；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz 2022, 2024）。仅使用叶片结构来识别樟科化石成员时，必须考虑一些挑战：（1）现存樟科物种之间的变异较小，因此叶片结构本身无法区分不同属（Christophel等人1996；Nishida & van der Werff 2007；Yang等人2012；Nishida等人2016；Tanrattana等人2019）；（2）樟目中的其他被子植物家族（如木兰类、菊类和蔷薇类）包含与樟科共享多种特征的成员（Němejc & Kva?ek 1976；Klucking 1987；Upchurch & Dilcher 1990；Mohr & Eklund 2003；Halamski 2013；Coiffard等人2019）；（3）在被子植物中，包括樟科，某些叶片结构特征（如大小、边缘类型、顶端/基部形状）受环境因素影响（例如Wolfe 1993；Carpenter等人2007；Tanrattana等人2019）；（4）现存物种中叶片结构的进化机制尚不完全清楚。一种解决使用营养器官形态确定化石和现存代表亲缘关系的系统学挑战的方法是在系统发育背景下研究这些特征（例如Bateman & Simpson 1998；Doyle & Endress 2000；Cameron 2005；Doyle 2007；Schneider等人2018；Quintanar-Castillo & Pace 2022；ávila-Lovera等人2023；Martín-Sánchez等人2024）。这种方法提出了关于化石与现存代表或其他化石之间关系的假设，引发了关于化石记录的进化意义和系统学意义的讨论，并强调了其对系统发育学的影响（Jordan & Hill 1999；Manos & Stone 2001；Doyle 2007；Manos等人2007；Doyle & Endress 2010, 2024；Sauquet等人2018, 2017；Sokoloff等人2018；Bre?a-Ochoa & Cevallos-Ferriz 2021, 2022；Pessoa等人2024）。很少有研究在系统发育背景下讨论樟科的叶片结构。Doyle（2007）分析了被子植物的叶片结构，并指出樟目的最后共同祖先具有完整边缘的初级脉序。然而，由于尚未确定樟科最近共同祖先与Hernandiaceae和Monimiaceae的关系，因此无法确定其脉序。在家族级别，系统发育影响叶片排列和初级脉序类型（Song等人2020）。在肉桂属（Cinnamomum）中，观察到初级侧脉的形态测量特征具有系统学意义，表明这些模式可能对属内的分类研究有用（Tanrattana等人2019）。虽然这类研究表明某些叶片结构特征在现存物种中具有系统学意义，但只有少数特征被探索，且结果尚未与化石记录的信息进行比较。本研究首次尝试将化石记录整合到系统发育框架中，通过探讨现存樟科植物的叶片结构演化，讨论其叶片化石记录的系统学意义，并将结果与化石记录提供的信息进行比较。研究采用了最大似然法下的祖先特征状态重建和系统信号分析等系统发育技术。

材料与方法

系统发育推断

系统发育分析使用了151种樟科植物（45属），并以Hernandiaceae科（8种，5属）作为外群。从GenBank下载了每种植物的五个标记：两个叶绿体基因（matK, rbcL）、两个叶绿体基因间间隔区（psbA-trnH, trnL-trnF）和一个核内转录间隔区（ITS1）。选择这些标记是因为它们适用于大多数研究物种。GenBank访问号码列表见附录S1。每个标记分别使用MAFFT v7.526（Katoh & Standley 2013）进行比对，并通过BioEdit v7.7.1.0（Alzohairy 2011）手动调整。使用jModel Test 2 v2.1.10软件（Guindon & Gascuel 2003；Darriba等人2012）为每个数据集及五个数据集的组合计算最佳替换模型。根据Akaike信息准则（AIC），GTR+I+G模型最适合这些数据集。最后，使用RAxML-HPC2 v8.2.12（Stamatakis 2014）在CIPRES Science Gateway（Miller等人2010）中进行了最大似然（ML）分析，基于最佳替换模型（GTR+I+G）和1000次自助法复制。本研究的目的是不是对现存樟科植物进行全面的系统发育回顾或解决系统学问题。所得树状图使用R软件中的ape包的chronos函数（Paradis & Schliep 2019；R Core Team 2024）进行了超度量化处理。在此函数中测试了三种分支间的替换率变异模型（相关、松弛和严格），选择了最佳拟合模型（最低?IC），即相关模型。每个模型分析包括六个校准点（表1）。第一个校准点Potomacanthus lobatus von Balthazar等人2007，是一种来自美国下白垩纪（中阿尔比阶）的花，被认为是樟科成员或其茎群成员（Magallón等人2015），用于校准樟科的茎节点（Kondraskov等人2015；Magallón等人2015；Li等人2020；Ramírez-Barahona等人2020；Xiao & Ge 2022）。第二个校准点Eucalyptolaurus depreii Coiffard等人2024，是一种来自法国下白垩纪的叶片，归类为樟科（Coiffard等人2019）。由于樟科的分类基于诊断性角质层特征，该化石用于校准樟科的冠节点（见讨论）。第三个校准点Neusenia tetrasporangiata Eklund，是一种来自美国上白垩纪（桑托尼安/坎帕尼亚阶）的花，根据其形态和花粉特征与现存属Neocinnamomum H. Liu相关（Eklund 2000；Atkinson等人2015）。在其他校准基础上，该化石用于校准Neocinnamomum–Caryodaphnopsis核心樟科群（Li等人2020；Xiao & Ge 2022）。第四个校准点Machilus maomingensis Tang等人2007，是一种来自中国始新世的叶片，根据其角质层和叶片结构与现存属Machilus Nees相关。在其他校准工作的基础上，这个化石被用来校准Machilus属的茎节点（Li等人，2020年；Xiao和Ge，2022年）。第五个样本Alseodaphne changchangensis Jin & Li是中国始新世的叶子，根据其叶结构和角质层特征，它与现存的Alseodaphne Nees属有亲缘关系（Li等人，2009年）。同样基于其他校准结果，这个化石也被用来校准Persea组的茎节点（Huang等人，2016年；Li等人，2020年；Xiao和Ge，2022年）。最后，第六个样本Cinnamomum cf. burmannii是中国晚更新世的叶子，其叶结构和角质层与现存物种Cinnamomum burmannii（Nees & T. Nees）Blume有密切关系（Dao等人，2013b）。这个化石被用来校准Cinnamomum属的冠节点。表1列出了用于系统发育校准的化石。

| 化石分类单元 | 校准的节点 | 地质年代 | 地层年代 | 国家 | 下限（百万年） | 上限（百万年） | 参考文献（化石） | 参考文献（年龄） |
|-------------|-----------|---------|---------|---------|-----------|-----------|-----------|
| Potomacanthus lobatus | 樟科茎部 | 早白垩世（阿尔比阶中期） | 美国（弗吉尼亚州） | 113 | 107.7 | von Balthazar等人，2007年；Magallón等人，2015年 |
| Eucalyptolaurus depreii | 樟科冠部 | 早至晚白垩世（阿尔比阶晚期至森诺曼阶早期） | 法国（滨海夏朗德省） | 113 | 100.5 | Coiffard等人，2009年；Santos等人，2022年 |
| Neusenia tetrasporangiata | 新樟属–Caryodaphnopsis族 | 晚白垩世（桑顿阶/坎帕阶） | 美国（北卡罗来纳州） | 83.6 | 72.1 | Atkinson等人，2015年；Eklund，2000年 |
| Machilus maomingensis | Machilus属茎部 | 始新世 | 中国（广东） | 56 | 33.9 | Tang等人，2016年；Aleksandrova等人，2015年；Tang等人，2016年 |
| Alseodaphne changchangensis | Persea组茎部 | 始新世早期至晚期 | 中国（海南） | 47.8 | 37.71 | Li等人，2009年；Lei等人，1992年 |
| Cinnamomum cf. burmannii | 樟属冠部 | 晚更新世 | 中国（云南） | 3.3 | 2.8 | Dao等人，2013b；Shi等人，2012年 |

**叶结构分析**

为了重建祖先特征状态和进行系统发育信号分析，构建了一个形态矩阵，其中包括13个叶结构的离散特征（见表2和图S1、S2中的视觉指南）。这些特征及其状态基于《叶结构手册》（Ellis等人，2009年）中的定义。然而，为了确保矩阵的一致性，对某些特征进行了以下修改：

- 所有特征中都增加了“无叶”状态，以涵盖Cassytha属的物种，这些物种只有退化的叶片且缺乏可比较的叶结构。尽管该属中也有报道过退化叶片（Weber，1981年），但选择“无叶”状态是因为这种植物的叶片无法根据《叶结构手册》的指南进行描述。
- 在“边缘脉”特征中增加了“缺失”状态。
- 为了描述“次级脉”的存在与否，增加了“缺失”和“存在”两种状态。
- 在“肋间三级脉结构”特征中增加了“混合”状态，以描述同时具有平行脉和网状脉的叶片。

**表2. 叶结构分析中使用的特征和特征状态**

| 特征 | 特征状态 |
|---------------------------|----------------------------------------|
| 2. 叶序 | 2.1 互生 |
| 2.3 对生 | |
| 2.4 轮生 | |
| 10. 叶片形状 | 10.1 椭圆 |
| 10.2倒卵形 | |
| 10.3 卵形 | |
| 13. 裂片 | 13.1 无裂片 |
| 13.2 有裂片 | |
| 17. 顶端形状 | 17.1 直的 |
| 17.2 凸的 | |
| 17.3 尖的 | |
| 19. 叶基形状 | 19.1.1 直的 |
| 19.1.2 凹的 | |
| 19.1.3 凸的 | |
| 19.1.3.1 圆形的 | |
| 19.1.4 凹凸相间的 | |
| 19.1.6 下延的 | |
| 19.2.1 心形 | |
| 19.2.2 有裂片的 | |
| 23. 主脉系统 | 23.1 羽状 |
| 23.2.1 放射状 | |
| 23.2.2 回旋状 | |
| 23.2.3 顶端放射状 | |
| 26. 营养脉 | 26.1 缺失 |
| 26.2 存在 | |
| 27. 主次级脉系统 | 27.2.1 真正放射状 |
| 27.2.1.3 末端变为分枝状 | |
| 27.3.2 分枝状 | |
| 27.3.2 简单分枝状 | |
| 30. 边缘脉 | 30.2 内缘次级脉 |
| 30.3 毛状脉 | |
| 33. 次级脉与主脉的连接方式 | 33.1 下延 |
| 33.3 上延 | |
| 34. 次级脉 | 缺失 |
| 35. 肋间三级脉结构 | 35.1.1 对生下延 |
| 35.1.3 混合下延 | |
| 37. 表皮内侧脉 | 37.1.1 对生下延 |
| 37.1.2 互生下延 | |
| 37.1.3 混合下延 | |
| 37.1.4 混合 | |

* 特征和特征状态编号对应于Ellis等人（2009年）的划分。本研究中添加的特征状态用斜体表示。樟科及其外群（Hernandiaceae）的形态信息来源于全球生物多样性信息设施（GBIF 2025）、Plants of the World Online（POWO 2024）中的数字化标本以及已发表的文献。由于研究重点关注每个标本的形态特征，因此选择了具有成熟叶片的标本，并且这些标本的物种鉴定由专家完成，或者为模式标本。附录S2包含了形态矩阵（MM sheet）以及每个物种叶结构数据来源的详细信息（Sources sheet）。叶结构特征的选择基于形态信息的质量和可靠性。由于数据是数字化的，因此存在一些局限性，无法观察到某些特征，例如更高级的脉序（四级/五级脉）或叶片大小（缺乏叶鳞）。每个叶结构特征的进化历史是使用随机特征映射方法（SCM；见附录S3）重建的。通过phytools R包中的fitMK函数（R Core Team 2024；Revell 2024）评估了三种转换模型：所有速率不同（ARD）、所有速率相等（ER）和对称的（SYM）。使用AIC（Akaike 1998）比较了每个模型的拟合度，并选择最佳拟合模型来估计特征转换率和进行祖先状态重建。重建使用的函数是make.simmap，迭代次数为100次（phytools包，Bollback 2006；Revell 2024）。分析结果使用describe.simmap函数总结，每个特征的重建结果通过phytools的plotTree.datamatrix函数可视化（Revell 2024），并显示了每个节点的后验概率。

**系统发育信号**

每个特征的系统发育信号使用Pagel的λ指数（Pagel 1999；Blomberg等人，2003）计算得出。根据该指数，λ值接近1表示较强的系统发育信号，与布朗运动模型的特征进化一致。相反，接近0的值表示较弱的系统发育信号，表明特征的分布是随机的或随机的（Motani & Schmitz 2011；Campos等人，2019；Jin等人，2024）。由于所有使用的特征都是离散的，因此使用geiger R包中的fitDiscrete函数（Harmon等人，2023；R Core Team 2024）计算了Pagel的λ指数，并通过AIC的偏差校正版本（AICc；Burnham & Anderson 2003；Posada & Buckley 2004）选择了最佳拟合模型。最后，使用stats包中的pchisq函数通过卡方分布（R Core Team 2024）评估了系统发育信号的显著性。

**系统发育推断**

使用matK、rbcL、psbA-trnH、trnL-trnF和ITS1标记进行的最大似然分析得到了一个没有多分支点的系统发育树（图3；完整的系统发育树见图S3）。该科的单系性得到了验证（100%置信度），除了Hypodaphnis Stapf的位置外，目前认可的主要分支群也都得到了恢复（图3；Song等人，2020年；Yang等人，2023a；见讨论部分）：Beilschmiedia–Cryptocarya、Cassytha、Neocinnamomum、Caryodaphnopsis、Chlorocardium–Mezilaurus、Machilus–Persea、Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea。图3在图查看器中打开。

基于五个分子标记（matK、rbcL、psbA-trnH、trnL-trnF和ITS1）和化石校准的最大似然分析得出的系统发育树。Paleo表示古新世；Plio表示更新世；Plei表示更新世晚期；Q表示第四纪。由于空间限制，省略了物种名称；仅显示了主要分支群的起源和分化节点的自助法值。包含物种名称、自助法值和地层年代的完整系统发育树见图S1。黑色圆点+ N(1–14)表示本研究估计的年龄与其他研究的年龄进行了比较的节点。根据超度量树（图3）得出的估计年龄，该科起源于白垩世（100.5 Ma），Beilschmiedia–Cryptocarya、Cassytha、Neocinnamomum和Caryodaphnopsis分支群在该时期结束前分化。然而，Cassytha、Neocinnamomum和Caryodaphnopsis分支群的冠群年龄位于古新世（图3）。Chlorocardium–Mezilaurus、Machilus–Persea、Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea分支群的分化时间和冠群年龄位于古新世，但现存群体在新生代和第四纪多样化（图3）。

**祖先状态重建**

根据结果，樟科的最后共同祖先（图4）可能具有互生、无裂片、椭圆形叶片，顶端尖锐，基部直立。主脉是羽状的，次级脉是真放射状的，末端变为分枝状，次级脉与主脉的下延连接方式。存在次级脉，但没有营养脉。三级肋间脉和表皮内侧脉是混合下延类型，边缘脉为毛状类型。这些特征状态具有最高的后验概率，下面详细列出了每个分析特征的详细结果。由于空间限制，图5和图6仅显示了该科内的主要分支群。在这些图中，去掉了终端名称，且未包括显示裂片重建的树，因为这是最简单的特征状态重建之一。有关包含祖先状态重建的图的更多信息，请参阅图S4–S16。为了更好地阅读和理解这些图，可以参考图S1和S2中的视觉指南，其中描述了每个特征状态。需要指出的是，“无叶”状态仅存在于Cassytha分支群中，并且仅起源于冠群，因此不再进一步讨论。

**樟科最后共同祖先最可能的叶结构特征状态重建**：
- A：互生叶序。
- B：无裂片、椭圆形叶片，顶端尖锐，基部直立。
- 主脉是羽状的，次级脉是真放射状的，末端变为分枝状，与主脉的下延连接方式。
- 存在次级脉，但没有营养脉。
- 三级肋间脉和表皮内侧脉是混合下延类型，边缘脉为毛状类型。

**图5和图6**显示了该科内最常见的叶序类型，似乎是该科最可能的祖先状态（图5A，S4）。此外，互生叶序似乎是该科几乎所有主要分支群（包括茎部和冠群节点）的最可能祖先状态，并且在Beilschmiedia–Cryptocarya、Machilus–Persea和Cinnamomum–Ocotea分支群中一直占主导地位（图5A）。唯一的例外是Cassytha分支群，在其茎部节点处互生叶序略微更常见；然而，在Neocinnamomum分支群的茎部节点也出现了互生叶序的回归。次生叶序在该科内多次独立出现（图5A，S4），在Chlorocardium–Mezilaurus（单一起源）、Machilus–Persea（至少三个起源）和Laurus–Neolitsea分支群（至少四个起源）中占主导地位。在Beilschmiedia–Cryptocarya和Cinnamomum–Ocotea分支群中，次生叶序独立出现，但频率较低（图5A，S4）。在所有情况下，次生叶序都是从具有互生叶序的祖先演化而来的，在Machilus–Persea、Laurus–Neolitsea和Cinnamomum–Ocotea分支群中也有回归到互生叶序的情况（图5A，S4）。同样，对生叶序在该科内也多次出现（图5A），主要在Beilschmiedia–Cryptocarya分支群（在Beilschmiedia Nees中最为常见；图S3）、Caryodaphnopsis、Chlorocardium–Mezilaurus、Laurus–Neolitsea（在某些Litsea Lam.物种中；图S4）和Cinnamomum–Ocotea（主要在Cinnamomum Schaeff.中；图S3）中。这种状态总是从具有互生叶序的祖先演化而来。**层状形态**
椭圆形是该科中最常见的形态，被认为是该科最可能的祖先状态（图5B，S5），同时也是茎节和冠节的祖先状态（图5B）。在Cassytha分支分化的节点中，卵形状态的祖先概率（37%）略低于椭圆形状态的概率（41%）。倒卵形是该科中第二常见的形态，并在所有主要分支中多次出现；然而，在Chlorocardium–Mezilaurus、Machilus–Persea和Laurus–Neolitsea分支中最为常见（图5B）。在Beilschmiedia–Cryptocarya分支中，倒卵形仅出现在Potoxylon属中。同样，卵形（最不常见的形态）也在Beilschmiedia–Cryptocarya、Neocinnamomum、Machilus–Persea和Cinnamomum–Ocotea分支中多次出现（图5B）。

**裂片**
无裂片的叶子被认为是该科最可能的祖先状态，在整个科中占主导地位（图S6）。有裂片的叶子（较少见）在Lindera（Adans.）Thunb.（Laurus–Neolitsea分支）和Sassafras J. Presl（Cinnamomum–Ocotea分支）中独立演化了两次。

**叶尖形态**
尖锐的叶尖是最常见的形态，被认为是该科及所有主要分支最可能的祖先状态（图5C，S7）。直立的叶尖多次从具有尖锐叶尖的祖先演化而来（图5C，图S7）。除了Neocinnamomum分支外，直立叶尖几乎存在于所有主要分支中，在Laurus–Neolitsea和Cinnamomum–Ocotea分支中更为常见（图5C）。同样，凸形的叶尖（最不常见的形态）也多次从具有尖锐叶尖的祖先演化而来。这种叶尖类型出现在Beilschmiedia–Cryptocarya（最常见）、Chlorocardium–Mezilaurus、Machilus–Persea和Laurus–Neolitsea分支中（图5C）。

**叶基形态**
直立的叶基是最可能的祖先状态（图5D，S8）。然而，这一点并不确定，因为这种状态的 posterior 概率（40%）与凸形叶基的概率（38%）非常接近。这种模式在Beilschmiedia–Cryptocarya和Cinnamomum–Ocotea分支（冠群）以及Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea分支的茎节和冠节中重复出现（图5D）。在Neocinnamomum、Chlorocardium–Mezilaurus、Machilus–Persea和Laurus–Neolitsea分支的冠群中，直立叶基被认为是最可能的祖先状态（图5D）。在所有主要分支中，直立和凸形叶基都表现出复杂的出现、消失和逆转模式。凹形、凹凸形、心形、下延形、裂片形和圆形叶基也表现出类似的模式：它们都多次从具有直立或凸形叶基的祖先演化而来（图5D）。

**主脉系统**
羽状脉型是该科最可能的祖先状态，也是最常见的形态（图5E，S9）。从具有羽状脉的祖先演化出的顶端脉型在多个分支中多次出现（图5E）。在Neocinnamomum和Caryodaphnopsis分支中，顶端脉型更为常见，并在冠群节点中成为最可能的祖先状态。在Laurus–Neolitsea分支中，顶端脉型至少独立演化了三次。最后，在Cinnamomum–Ocotea分支中，顶端脉型在Cinnamomum属内演化了一次（图S9）。

**无脉型**
无脉型的叶子被认为是该科最可能的祖先状态，大多数物种中都不存在这种脉型（图5F，S10）。然而，在Cassytha分支的茎节和冠节中，无脉型是最可能的祖先状态，并在Neocinnamomum分支的茎节和冠节中得以保留（图5F）。在Caryodaphnopsis分支的茎节中，无脉型不存在，但在冠节中出现了。无脉型在该科的所有主要分支中多次演化。在Neocinnamomum和Caryodaphnopsis分支中，无脉型是最可能的祖先状态。在Cinnamomum–Ocotea分支中，这种特征至少演化了两次（在Cinnamomum和Sassafras中；图S10），而在Laurus–Neolitsea分支中，至少演化了五次。在Beilschmiedia–Cryptocarya分支中，无脉型在Cryptocarya属中演化（图S10）。相比之下，在Machilus–Persea分支中，无脉型在Persea Mill.和Phoebe Nees的一些物种中出现（图S10）。

**次级脉系统**
从外向内生脉型向内生脉型（ebbd）的转变在该科中最为常见，似乎是该科及所有主要分支（包括茎节和冠节）最可能的祖先状态（图6A，S11）。所有其他类型的次级脉都从具有这种脉型的祖先演化而来。然而，在Laurus–Neolitsea分支中，内生脉型是从简单的内生脉型（sb）逆转而来的（图6A，S11）。简单的内生脉型存在于所有主要分支中，并从具有ebbd脉型的祖先演化而来。这种脉型在Beilschmiedia–Cryptocarya和Machilus–Persea分支中较为罕见（图6A，S11）。在Laurus–Neolitsea分支中，内生脉型较为常见，是许多成员的最可能祖先状态（图6A，S11）。在Cinnamomum–Ocotea分支中，内生脉型也很常见，尤其是在Cinnamomum属中（图6A，S11）。在该属之外，内生脉型从具有ebbd或花边状内生脉型（fb）的祖先演化而来（图6A，S11）。在该科的所有主要分支中，fb脉型多次演化，但通常较为罕见，除了在Cinnamomum–Ocotea分支中较为频繁且多次演化。这种脉型总是从具有ebbd脉型的祖先演化而来。最后，外向内生脉型是最不常见的，仅出现在Machilus–Persea分支中。

**边缘脉**
细裂脉型是该科最可能的祖先状态（图6B，S12）。这种类型的边缘脉在所有主要分支中占主导地位，并是茎节和冠节的祖先状态。在Beilschmiedia–Cryptocarya和Laurus–Neolitsea分支中，细裂脉型独立消失了。最后，次级边缘脉仅出现在Cinnamomum–Ocotea分支的Nectandra angustifolia（Schrad.）Nees & Mart. ex Nees中（图6B，S12）。

**次级脉与主脉的连接方式**
次级脉向外延伸连接到主脉的状态似乎是该科所有主要分支（包括茎节和冠节）最可能的祖先类型（图6C，S13）。然而，这种连接方式仅在Caryodaphnopsis和Cinnamomum–Ocotea分支的冠节中是祖先状态，在Cinnamomum和Aiouea dubia（Kunth）Mez中几乎仅见于该类型，在Laurus–Neolitsea分支中是最常见的连接方式（图6C）。在其他分支中，冠节的最可能祖先状态是下延型，这是该科中最常见的类型。根据分析，这种特征多次从具有向外延伸连接到主脉的祖先演化而来（图6C）。

**次级脉之间的脉**
次级脉之间的存在被认为是该科最可能的祖先状态（图6D，S14）。在Beilschmiedia–Cryptocarya、Cassytha、Caryodaphnopsis、Chlorocardium–Mezilaurus和Machilus–Persea分支的茎节和冠节中，次级脉之间的存在是最可能的祖先特征（图6D）。然而，在Chlorocardium–Mezilaurus和Machilus–Persea分支的冠节中，这种特征消失了（图6D）。这种特征在所有主要分支中表现出不规则的模式：它多次出现、消失，然后在某些物种中再次出现（例如Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea分支；图6D，S14）。在其他情况下，某些分支的冠节中次级脉不存在，但在某些物种中偶尔重新出现（例如Machilus–Persea；图6D，S14）。在Beilschmiedia–Cryptocarya分支中，次级脉在冠节是祖先状态，并在某些属中得以保留。然而，在某些属中，如Cryptocarya R.Br.，次级脉消失了，仅在某些物种中重新出现（图6D，S14）。

**肋间三级脉结构**
混合下延脉型是该科最可能的祖先状态（图6E，S15），这是最常见的类型，并在所有主要分支的茎节和冠节中都是祖先状态（图6E）。然而，在Beilschmiedia–Cryptocarya和Cinnamomum–Ocotea分支中，混合下延脉型转变为混合脉型，后者在这些分支中更为常见（图6E）。混合脉型多次从具有混合下延脉型的祖先演化而来（图6E）。相反的下延脉型也从具有混合下延脉型的祖先演化而来（图6E）。相反的下延脉型在该科中最为罕见，主要出现在Laurus–Neolitsea分支中，在Beilschmiedia–Cryptocarya和Machilus–Persea分支中较为罕见（图6E，S15）。

**内中脉**
混合下延脉型（包含交替脉和相反脉的状态）是该科及所有主要分支的茎节和冠节最可能的祖先状态（图6F，S16）。除了交替脉型外，其他脉型都从混合下延脉型演化而来，后者在该科中最常见（图6F）。该科中第二常见的状态是混合型（包含某些变体的下延脉和网状脉），几乎在所有主要分支中多次演化，除了Neocinnamomum和Caryodaphnopsis分支（图6F）。在其余分支中，混合脉型存在；然而，在Machilus–Persea分支（在Machilus Nees、Persea Mill.和Nothaphoebe Blume的某些物种中）和Laurus–Neolitsea分支（Litsea cubeba（Lour.）Pers.中较为罕见（图S16）。在Beilschmiedia–Cryptocarya和Cinnamomum–Ocotea分支中，混合脉型非常常见，并从具有混合下延脉型的祖先演化而来（图6F）。相反的下延脉型在该科中较为罕见，仅在Cinnamomum–Ocotea分支中发现，那里有向混合下延/混合脉型的转变，在Laurus–Neolitsea分支中也存在（图6F）。最后，交替下延脉型在该科中最少见，仅出现在Cinnamomum–Ocotea分支（Aiouea montana（Sw.）R. Rohde）中，是从具有混合脉型的祖先演化而来（图6F，S16）。

**系统发育信号**
所有分析的叶结构特征都显示出显著的系统发育信号（表3）。裂片是表现出最强系统发育信号的特征（λ = 1，p<0.001）。表现出非常强信号的特征（λ>0.90，p<0.001）包括主脉系统、无脉型和次级脉之间的脉。表现出强信号的特征（0.80...）

**表3. 基于系统发育分析（ML）的离散叶结构特征的系统发育信号（Pagel的λ）**
| 特征 | λ | AICc | Log L | λ = 0 | AICc | Log L | λ = 0 | pL |
|------|-----|------|------|------|------|------|------|------|
| 叶排列 | 0.89 | 264.96 | ?125.1 | 316.96 | ?151.11 | 5.54×10?13*** |
| 层状形态 | 0.72 | 239.39 | ?112.32 | 253.63 | ?119.44 | 1.61×10?4*** |
| 裂片 | 1 | 46.09 | ?21 | 78.58 | ?37.25 | 1.19×10?8*** |
| 叶尖形态 | 0.73 | 240.69 | ?118.3 | 248.58 | ?122.25 | 4.97×10?3** |
| 叶基形态 | 0.72 | 527.58 | ?261.75 | 565.36 | ?280.64 | 7.89×10?10*** |
| 主脉系统 | 0.99 | 137.2 | ?66.56 | 211.73 | ?103.83 | 5.95×10?18*** |
| 无脉型 | 0.97 | 155.92 | ?73.83 | 207.93 | ?99.83 | 5.51×10?13*** |
| 次级脉系统 | 0.66 | 357.07 | ?176.5 | 402.88 | ?199.4 | 1.31×10?11*** |
| 边缘脉 | 0.68 | 87.54 | ?41.73 | 93.02 | ?44.47 | 0.0192* |
| 次级脉与主脉的连接方式 | 0.7 | 145.9 | ?70.91 | 157.3 | ?76.61 | 7.34×10?4*** |
| 次级脉之间的脉 | 0.91 | 276.91 | ?136.41 | 304.93 | ?150.42 | 1.20×10?7*** |
| 肋间三级脉结构 | 0.82 | 297.18 | ?146.59 | 352.95 | ?174.44 | 8.47×10?14*** |
| 内中脉 | 0.86 | 292.78 | ?144.35 | 369.62 | ?182.77 | 1.86×10?18*** |

λ = 观察到的系统发育信号，AICc = 偏倚校正后的AIC（λ = 0）。Null模型，Log L = 对数似然值，pL = 似然比检验的p值。每个指数的pL值的显著性如下：*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。

**讨论**
尽管本研究的目的是解决该科内的分类问题，但所得到的系统发育树与先前的研究结果大体一致（Chanderbali等人2001；Song等人2020；Liu等人2021；Yang等人2023b），并恢复了Beilschmiedia–Cryptocarya、Cassytha、Neocinnamomum、Caryodaphnopsis、Chlorocardium–Mezilaurus、Machilus–Persea、Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea分支（根据Song等人2020的定义）。bootstrap值较低的分支是Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea；然而，这两个分支已被认为是单系的（Rohwer 2000；Chanderbali等人2001；Li等人2004、2007、2008；Trophimov等人2016；Rohde等人2017；Zhao等人2018）。本分析的系统发育结果与先前研究的结果最显著的不同之处在于Hypodaphnis zenkeri（Engl.）Stap.的位置。在这种情况下，它被发现在Beilschmiedia–Cryptocarya分支中作为姐妹群（具有较高的bootstrap值）。其他系统发育分析表明Hypodaphnis分支是整个樟科的姐妹群（Rohwer 2000；Chanderbali等人2001；Song等人2020；Yang等人2023a）。然而，在使用单个遗传标记时，属的划分往往会“跳跃”并占据不同的位置（Rohwer & Rudolph 2005），正如本研究中所观察到的。尽管Hypodaphnis在系统发育树中是最“有问题”的属，但为了使系统发育树尽可能接近之前发表的、具有更好支持的研究结果（例如Song等人2020年的研究），决定不将其移除。在樟科植物中使用单个遗传标记可以提供足够的分辨率来阐明主要分支和特定属之间的关系（Liu等人2017年；Song等人2022年）。然而，在属和种水平上的分辨率会变得较为模糊（如Hypodaphnis的情况），因此有时会使用更长的序列（例如质体基因组）来解析这些关系（Song等人2018年、2020年；Jo等人2019年；Trophimov & Rohwer 2020年；Yang等人2023a年）。这一特征可能解释了所有主要分支中较低的bootstrap值（即属和种水平上的关系不确定性）。这些分支内的关系仍在讨论中（Tian等人2021年；Liu等人2022年；Cao等人2023年；Yang等人2023a年；Zhang等人2023年），因此不同研究之间存在差异。尽管如此，本研究推断的系统发育树在分支的内部拓扑结构上显示出相似的模式（Song等人2020年、2023年；Xiao等人2020年；Zhang等人2021年；Yang等人2022年、2023a年）。

年龄估计

由于本研究的系统发育树拓扑结构与以往研究的结果非常相似，因此可以将本研究中获得的节点年龄估计值与其他研究的结果进行比较（表4；图3）。共识别出14个一致的节点，这些节点对应于该科几乎所有主要分支的茎节点和/或冠节点（图3）。除了Chanderbali等人（2001年）的研究外，本研究和以往的研究都认为该科的冠群起源于白垩纪（节点1）。在本研究中，估计的年龄为1.005亿年，这与之前的估计范围相符，即该科的冠群起源于阿尔比阶到森诺曼阶之间（Yang等人2023b年提出的最早估计时间）到桑托尼亚阶（Ramírez-Barahona等人2020年提出的最晚估计时间）。

表4. 本研究与其他研究中获得的年龄估计值（以百万年为单位）的比较。

| 本研究 | 1.005 | 67.8 | 50.71 | 89.11 | 78.02 | 68.41 | 58.5 | 39.25 | 49.47 | 42.94 | 41.06 | 27.34 | 31.49 | 21.99 |
|---------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|
| Ramírez-Barahona等人2020年 | | | | | | | | | | | | | | | |
| Chanderbali等人2001年 | 174±32 | | | | | | | | | | | | | |
| Huang等人2016年 | | | | | | | | | | | | | | |
| Li等人2011年 | | | | | | | | | | | | | |
| Li等人2016年 | | | | | | | | | | | | | |
| Li等人2020年 | | | | 50.4 | 35.9 | | | | | | | | |
| Magallón等人2015年 | 104 | 105.09 (95% HPD = 104.09–107.08)* | | | | | | | | | |
| Nie等人2007年 | 43.54±1.96 | | | | | | | | | | | |
| Qin等人2023年 | 52.65 (95% HPD = 48.96–55.82) | | | | | | | | | | |
| Song等人2023年 | | | | | | | | | | | | | |
| Xiao & Ge, 2022年 | 44.79 (95% HPD = 34.02–54.64) | 34.31 (95% HPD = 23.44–46.05) | | | | | | | |
| Xiao等人2022年 | 56.5 (95% HPD = 45.87–66.57) | | | | | | | | | |
| Yang等人2023a年 | 107.7 (95% HPD = 98.3–112.4) | 75.1 (95% HPD = 44.9–95.2) | 56.3 (95% HPD = c. 35–85) | 90.9 (95% HPD = 79.3–102.3) | 82.4 (95% HPD = 72.2–96) | 76.1 (95% HPD = 64.2–90.3) | 62.7 (95% HPD = 751.1–77) | 39 (95% HPD = 24.3–57.5) | 49.1 (95% HPD = 41.6–59.5) | 41.6 (95% HPD = 37.4–47.5) | 45 (95% HPD = 38.3–54.5) | 40.5 (95% HPD = 36.2–46.9) |
| …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… | …… |

* Magallón等人（2015年）使用了惩罚似然（PE）和不相关的对数正态（UCLN）方法报告了两个年龄估计值。HPD表示最高后验密度。Beilschmiedia–Cryptocarya、Cassytha、Neocinnamomum和Caryodaphnopsis分支的分化估计发生在白垩纪。然而，对于Caryodaphnopsis分支，本研究的估计时间（马斯特里赫特阶）与其他估计时间（森诺曼阶到坎帕阶之间）存在超过1000万年的差异（表4；Li等人2016年；Yang等人2023a年）。Mezilaurus、Machilus–Persea和Laurus–Neolitsea分支的分化时间估计发生在古新世，这与其他估计结果一致（表4）。所有估计结果，包括本研究的结果，都认为所有主要分支的冠群起源于古新世（表4；图3）。尽管如此，对于Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea分支（节点12、13和14；图3），本研究的估计时间比以往的研究结果更晚（表4）。之前的估计基于次级校准，并使用了这些分支之外的校准点，例如Machilus–Persea分支（Nie等人2007年；Huang等人2016年；Xiao & Ge 2022年；Qin等人2023年；Yang等人2023b年）。使用一个属于Cinnamomum冠群的化石（Cinnamomum cf. burmannii；Dao等人2013b年），其年代为近期（330万至280万年前），因此估计的年龄比之前的估计要年轻得多。这些因素可能导致年龄估计偏高，因为显然Cinnamomum的冠群已经形成，而Cinnamomum cf. burmannii是该属的最小年龄证据。这并不意味着其他估计是错误的，或者这种校准方法更准确；因此，需要进行新的估计，并且必须考虑到结果会因化石记录的解释、方法和先验假设而有所不同（Heads 2005年；Beavan等人2020年；Budd & Mann 2024年；Calderón del Cid等人2024年）。

将年龄估计值与化石记录联系起来一直具有挑战性，因为化石成员在分类学上存在显著的不确定性。在许多情况下，化石被纳入冠群是显而易见的；然而，它们在科内的确切位置仍然不清楚（Hill 1986年；Wang等人2017年；Panti 2020年）。独特的特征、与其他现存科成员共有的特征以及与其他被子植物群的相似性是精确分配化石记录的主要挑战（参见引言部分；Upchurch & Dilcher 1990年；Herendeen等人1994年；Conran & Christophel 1998年；Carpenter等人2007年；Little等人2009年；Wang & Dilcher 2009年；Wu等人2009年；Halamski 2013年；Takahashi等人2014年；Atkinson等人2015年；Gregu? & Kva?ek 2015年；Huang等人2018年；Coiffard等人2019年；Zhang等人2024年）。由于这些挑战，在祖先状态重建中包含具有不确定分类学亲缘关系的化石可能会更加复杂，并可能导致更有偏的结果。作为初步步骤，一些祖先状态重建会评估现存分类单元并将结果与化石证据进行比较，正如本研究中所做的那样（例如Manos & Stone 2001年；Denk & Oh 2005年；Dilipan等人2018年；Delpeuch等人2022年；Rathnayaka等人2023年）。虽然这不是一个严格的要求，但我们选择了这种方法，以便将本研究的结果与化石记录进行对比和分析。需要注意的是，当化石被纳入系统发育树时，所使用的形态特征必须有充分的依据，通常基于之前的系统发育研究，这些研究讨论并评估了这些特征在系统发育背景下的信息价值（例如Manos等人2007年；Bybee等人2008年；Gold等人2015年；Wright 2017年；Sch?nenberger等人2020年；Coiro 2024年；Doyle & Endress 2024年）。因此，在将化石记录整合到系统发育树之前，进行先前的分类学和形态学研究是必要的（Barido-Sottani等人2023年；Mulvey等人2025年）。当形态学特征得到支持时，化石成为系统发育树中不可或缺的元素，有助于提高其准确性并增加解析出的节点数量（Koch等人2021年）。历史上，叶片结构在樟科某些化石的分类学定位中发挥了重要作用（Bandulska 1928年；Hill 1986年；Klucking 1987年；Upchurch & Dilcher 1990年；Coiffard等人2019年）。因此，这项研究可以在整合化石记录之前帮助建立一个更有依据的形态学假设。

结果显示，这些特征在科内的所有主要分支中多次独立出现，除了Cassytha分支（图5、6；附录S3）。对于这个分支，叶片非常退化（Weber 1981），其叶片结构与其他分支无法比较，使其在该科中独一无二。当Cassytha分支从其他分支分化出来时，其祖先仍然具有层状叶片，但这些叶片在冠群中完全消失了（图5、6；附录S3）。这一信息表明，导致寄生和叶片退化/减少的事件发生在冠群出现之前，这一时期从晚白垩世（约9000万年前）延续到始新世（约5600万年前）。寄生生活方式及其叶片的相应变化可能受到两个因素的影响：（1）高核苷酸替换率，这可能是由于草本习性和短世代时间所致（Wu等人2017年）；（2）线粒体基因的水平转移（Zhang等人2020年）。由于这些特征没有单一的起源，也不局限于某个特定分支或属（Cassytha分支除外），因此仅基于叶片结构来区分主要分支是具有挑战性的。这一限制在现存和化石成员中已经注意到（Christophel等人1996年；Nishida & van der Werff 2007年；Yang等人2012年；Tanrattana等人2019年），这也解释了该科化石记录中分类学亲缘关系的不确定性（Rubalcava-Knoth & Cevallos Ferriz 2025年）。在现存的樟科植物中，有许多案例表明叶片结构可以划分出一个分类群；然而，其中一些或所有特征也出现在无关的科中（例如Klucking 1987年）。例如，Cinnamomum属与Caryodaphnopsis Airy Shaw、Cryptocarya R. Br.、Lindera (Adans.) Thunb.、Neocinnamomum和Neolitsea (Benth.) Merr.等属具有相似的叶片结构特征（Tanrattana等人2019年）。另一个例子是Sassafras和Lindera属；这两个属都具有裂片状叶片，这一特征在现存科中独立出现（图S6；Klucking 1987年）。特征的多次出现不仅限于樟科；这种现象在其他被子植物中也有报道（例如Doyle 2007年；Nicotra等人2011年）。在荨麻科（Urticaceae）中，互生/对生叶序和羽状初生叶脉在科内多次独立出现（Wu等人2015年）。在牻牛儿苗科（Geraniaceae）的Pelargonium L'Hér.属中，初生叶脉、叶缘类型和叶片裂片也多次独立出现（Jones等人2009年）。在番荔枝科（Annonaceae）中，观察到许多叶片结构的同源性变化，特别是在次生叶脉方面（Doyle & Le Thomas 1996年）。被子植物的研究表明，叶脉模式的变化是对生物和非生物因素的适应性响应（Jones等人2009年；Nicotra等人2011年；Wu等人2015年；Kuo等人2020年）。由于叶片是进行光合作用的主要器官，其形态特征的表达与其在特定生境和环境条件下的功能效率有关（Boyce等人2009年；Schmerler等人2012年；Yang等人2015年；Medeiros等人2019年；Martín-Sánchez等人2024年；Medeiros等人2024年）。叶片的大小和形状等特征通常是对外部环境的适应，这使得古气候的推断成为可能（Royer等人2005年；Spicer等人2016年；Tanrattana等人2019年；Tanrattana等人2019年；Cinnamomum属的尺寸和形状等特征与气候因素有关，而其他特征（如叶脉模式）则受到系统发育历史的影响（Tanrattana等人2019年）。尽管环境影响了叶片的大小和形状，但这些特征在属内是趋同的，因为多个物种生长在相似的环境中，导致叶片结构非常相似（Tanrattana等人2019年）。Cinnamomum属中的这种现象可能为整个科的更广泛分类学模式提供了见解：不同的环境导致了趋同的形态特征？其他有用的起点可以是探索该科的历史生物地理学、形态学适应在长时间内的气候变化或植被类型转变、生态位保守性以及特征之间的相关性（Harrison等人2001年；Larcher 2005年；Losos 2008年；Crisp等人2009年；Ye等人2016年；Ortiz-Rodríguez等人2018年；Tanrattana等人2019年；Bergamin等人2023年；Qin等人2023年；Tan等人2023年）。尽管仍有许多问题尚未解决，但很明显，这些特征的多种起源及其系统发育信号对化石记录具有重要的分类学意义。系统发育信号

解释离散形态特征的系统发育信号是复杂的，因为它涉及多个因素（Losos 2008；ávila-Lovera等人2023）。然而，表现出强烈系统发育信号的叶脉模式在叶片功能特征关系中显示出系统发育保守性（Walls 2011）。在这种情况下，叶片排列、裂片形状、主脉结构、辅助叶脉、次级叶脉、肋间三级叶脉结构以及表皮三级叶脉具有最强的信号（λ>0.80；表3），并且与其他研究中的结果一致（Tanrattana等人2019；Song等人2020）；因此，这些特征可能反映了系统发育保守性。次级叶脉和边缘叶脉具有中等信号（0.603）。这些特征可能反映了生理功能、叶片寿命和/或环境因素（Little等人2010；Walls 2011）。其他具有中等信号的特征包括叶片形状、顶端形状、基部形状和主要次级叶脉结构。在这些情况下，这并不令人惊讶，因为在同一科和其他科（例如橡树科）中，这些特征已知对气候更敏感（Tanrattana等人2019；Martín-Sánchez等人2024），并且与被子植物的生态和生理因素有关（Nicotra等人2011）。虽然这些结果在较低的分类学水平上可能没有显著意义，因为这些特征不足以提供关于科内任何主要类群（支系和属）的信息，但系统发育信号表明这些特征在科水平上很重要。叶片结构的重要性取决于研究的分类学水平：在科水平上具有分类学意义的特征在较低的分类学水平上可能信息量较少（支系、属或种），反之亦然（Hickey & Taylor 1991；Doyle 2007；Martínez-Cabrera等人2007；Taylor 2008）。这对樟科化石记录的影响

历史上，仅凭叶片结构来识别樟科成员一直是一个挑战：化石的叶片结构与多个现存类群的叶片结构相似，或者它们的特征与现存类群不完全匹配，使得将它们归类到特定物种、属或支系变得非常困难，甚至是不可能的（Hill 1986；Upchurch & Dilcher 1990；Hill & Merrifield 1993；Jordan 1997；Kva?ek 2004；Anzótegui & Ace?olaza 2008；Coiffard等人2009；Wappler等人2010；Lott等人2011；Wang等人2017；Tanrattana等人2019；Panti 2020）。这一模式与本研究的结果相似：结合这些特征有助于识别该科；然而，由于特征的多种起源，很难划分更高级的类群。虽然我们无法确认化石记录是否反映了特征的多种起源，但与现存成员的结果可以支持这一点。尽管本分析中没有考虑化石数据，但这里获得的结果和历史分类学工作都表明，结合这13个特征对于识别樟科化石成员具有诊断价值（Bandulska 1928；Hill 1986；Klucking 1987；Upchurch & Dilcher 1990；Rohwer 1993；van der Werff & Richter 1996；Coiffard等人2009；Rubalcava-Knoth & Cevallos Ferriz 2025）。这些特征在组合使用时非常有用，不能单独使用；如果研究的化石表现出现存和/或化石樟科代表中观察到的特征组合，那么该标本很可能属于或与樟科密切相关（见下文“白垩纪叶片”）。通过将本研究的结果与之前识别樟科化石的历史努力相结合（Bandulska 1926, 1928；Hill 1986；Klucking 1987；Upchurch & Dilcher 1990），可以总结出可以作为诊断指南的关键特征：

叶片排列主要为互生或近轮生（很少对生）。叶片形状多为椭圆形（最常见），倒卵形（较少见），或卵形（非常罕见）。叶片大多无裂片，少数有裂片。顶端形状多为渐尖（最常见），直立（较少见；在Beilschmiedia–Cryptocarya支系中罕见），或凸起（非常罕见，仅见于Laurus–Neolitsea和Machilus–Persea支系）。基部形状多变，但通常为直立或凸起；下延和圆形基部较少见，而凹陷或凹凸基部较为罕见。主脉为羽状脉，顶端生（较少见）或辐射生（罕见）。辅助叶脉通常为直生，在末端变为分枝生（最常见），简单分枝生（在科水平上常见，但在Cinnamomum–Ocotea和Laurus–Neolitsea支系中常见），花边状分枝生（罕见）或直生（罕见）。主脉与叶中脉的下延连接在整个科中更为常见，而外生类型较少见。次级叶脉的存在通常普遍。肋间三级叶脉多为混合下延（最常见），混合（在Chlorocardium–Mezilaurus支系中占主导地位，在Cinnamomum–Ocotea和Beilschmiedia–Cryptocarya支系中常见，在Machilus–Persea支系中较少见）或对生下延（罕见）。表皮三级叶脉多为混合下延（最常见），混合（在Cinnamomum–Ocotea和Beilschmiedia–Cryptocarya支系中常见），对生下延（罕见）或互生下延（罕见）。几乎总是存在一个细丝状叶脉；其缺失或边缘次级叶脉的存在极为罕见。尽管这些特征可能有用，但基于叶片结构的鉴定必须使用详细的综合框架（系统发育和/或统计方法），包括许多形态和标本（Němejc & Kva?ek 1976；Klucking 1987；Upchurch & Dilcher 1990；Mohr & Eklund 2003；Coiffard等人2009；Halamski 2013）。虽然使用此类框架并不新鲜，并且已经用于识别该科和其他化石被子植物的成员（例如Jordan & Hill 1999；Manos等人2007；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz 2022, 2024；Hernández-Damián等人2024），但在所有情况下都应应用它。因此，继续使用仅比较少数物种的经典鉴定方法已不再可接受，特别是当信息量和质量对于确定化石材料至关重要时（Rubalcava-Knoth & Cevallos Ferriz 2025）。鉴于樟科丰富的化石记录，无法详细讨论所有化石类群。因此，分析了四个重要示例：Cinnamomum型叶片、Laurophyllum属、白垩纪叶片和有裂片的叶片。

Cinnamomum型叶片

其中一个最显著的例子是Cinnamomum型叶片，其特征包括完整的叶缘、顶端生的叶脉、分枝生/直生的次级叶脉和辅助叶脉。这种类型的叶片从白垩纪一直存在到更新世（Paterson 1935；Teixeira 1944；Němejc & Kva?ek 1976；Halamski 2013；Khan & Bera 2014；Harris & Arens 2016；Wang等人2017），通常与现存的Cinnamomum Schaeff属相关联。然而，这种叶片结构也可以在其他樟科属中观察到，如Caryodaphnopsis、Cryptocarya、Litsea Lam.、Lindera和Neocinnamomum（Klucking 1987），这使得将这些类型的叶片准确归类到现存属变得非常困难，即使在某些情况下有角质层数据可用（例如Němejc & Kva?ek 1976；Kva?ek 2004）。因此，Cinnamomum型叶片被归类到不同的现存和化石属，如Cinnamomum、Cinnamomoides Seward、Cocculophyllum Velenovsky、Daphnogene Unger、Diemenia Ettingshausen和Laurophyllum Goeppert（Ettingshausen 1888；Paterson 1935；Němejc & Kva?ek 1976；Holden 1982；Kva?ek 2004；Kovar-Eder & Hably 2006；Halamski 2013；Barrón等人2014；Khan & Bera 2014；Harris & Arens 2016；Doweld 2017；Panti 2020）。不同分类群中的相似形态是Cinnamomum型叶片与现代樟科类群共有的特征。因此，当叶片结构是这种叶片的唯一信息来源时，主要叶脉顺序（此处研究的13个特征）只能用于将其归类到樟科内。因此，这种叶片的分类学归属必须非常谨慎。

Laurophyllum属是一个包含许多通常属于新生代的叶片的丰富类群，这些叶片具有完整的叶缘（Hill 1986）。这个属很有趣，因为它包含了许多具有相似形态特征（角质层和叶片结构）的叶片，这些特征使它们能够被归类到樟科，但它们可能在系统发育上并不相互关联，可能属于不同的现存支系（Conran & Christophel 1998；Kva?ek 2004；Anzótegui & Ace?olaza 2008；Wappler等人2010；Lott等人2011；Wang等人2017；Panti 2020）。这种形态分类单元更适合放在结果背景下，因为它包含了所有无疑属于樟科的叶片，但由于它们的形态特征，无法将其归类到更高的分类水平（支系/属）。然而，在其最新的分类学综述中（Hill 1986），角质层的解剖特征被认为是将化石叶片归类到该属的不可或缺的条件，这意味着所有缺乏角质层的叶片都应该被排除。本研究中分析的特征可能有助于识别没有角质层的樟科叶片，这可能有助于改进许多叶片的分类。

白垩纪时期被认为是被子植物建立和进化的重要时期（Friis等人2006；de Boer等人2012；Magallón等人2019；Ramírez-Barahona等人2020）。对这一时期沉积物中发现的化石器官的详细研究使得许多现代被子植物类群得以识别，包括樟科（Eklund 2000；Franco等人2015；Poinar 2017；Cevallos-Ferriz等人2021）。然而，由于前面讨论的原因，这些化石的亲缘关系难以在科内确定：形态特征使它们能够被归类到该科内，但无法在更高的分类水平上确定，这表明许多这些类群属于已灭绝的类群。这种现象的例子很多，涉及花朵、果实、木材和叶片等器官（Upchurch & Dilcher 1990；Eklund 2000；Coiffard等人2009；Jud等人2017；Poinar 2017；Cevallos-Ferriz等人2021）。Eucalyptolaurus depreii是一片来自法国的森诺曼阶叶片（Coiffard等人2009），是一个值得提及的例子，因为这块化石被用于树木校准。这个物种基于其角质层特征和叶片结构被归类到樟科。然而，这些特征不足以将其与现存的主要类群（属/支系）联系起来，其亲缘关系更接近于已灭绝的属如Myrtophyllum（Coiffard等人2009）。这块化石很有趣，因为其叶片结构具有识别现存樟科的特征组合：羽状叶脉、完整的叶缘、直立的顶端和基部、分枝生次级叶脉、缺乏辅助叶脉、次级叶脉以及混合三级叶脉。但它也具有现代樟科中罕见的特征，如边缘次级叶脉的存在和不对称的叶片形状（Coiffard等人2009）。尽管原始出版物中没有明确说明，但E. depreii被认为是樟科的冠群成员，因为其角质层解剖结构展示了该科的共有特征：副细胞中的保卫细胞和覆盖在副细胞上的角质层增厚（Upchurch & Dilcher 1990；Carpenter等人2007）。虽然这个物种没有直接与任何现存类群关联，但这并不排除它属于冠群的可能性，类似于其他已灭绝的物种如Daphnogene和Laurophyllum（例如Hill 1986；Kva?ek & Walther 1998）。值得注意的是，冠群可能包括既有现存代表也有已灭绝代表的谱系（如属或种），以及完全灭绝的谱系，包括整个科、属或种。在被子植物中，有些已灭绝的类群仍有现存代表，例如Nelumbonaceae（Exnelumbites；Estrada-Ruiz等人2011）或Nymphaeaceae（Jaguariba；Coiffard等人2013），还有一些虽然没有现存代表但仍属于冠群，如许多白垩纪被子植物（Doyle & Endress 2024；Pessoa等人2024）。因此，化石不需要与现存属相关联就能属于冠群，E. depreii就是这种情况。Eucalyptolaurus depreii还表明，虽然可以使用这些特征组合来识别樟科成员，但某些化石也可能表现出现代樟科中独特的或不常见的特征。这很重要，因为这些形态可能代表共有特征或自衍特征，无论是已灭绝的谱系还是既有现存代表也有已灭绝代表的谱系。检测自衍特征在系统发育分类学中特别重要，因为它有助于描述完整的化石植物，并诊断问题类群（Bateman & Hilton 2009；Parry等人2016；Matzke & Irmis 2018），例如许多白垩纪发现的化石。因此，预计某些特征或特征组合可能与现存樟科的不同，这突显了准确鉴定的重要性，尤其是在这个科中，因为较高分类水平缺乏独特的特征。这也表明，随着化石记录更好地整合到系统发育分类学中，祖先状态的重建以及该科最后共同祖先的形态可能会发生变化，特别是随着更多接近冠群和干群起源的类群的发现。来自其他器官（如花朵）的形态学证据表明，在早白垩世期间，存在属于干群（stem groups）的谱系。尽管它们的一些花部特征是樟科（Lauraceae）的典型或诊断性特征，但其他特征也出现在樟目（Laurales）中的其他科中（Frumin等人，2004年；von Balthazar等人，2007年、2011年）。一些分类单元，如Magnoliaephyllum和Pabiania，因为表现出以下特征组合而直接与干群谱系的花朵相关联：（1）某些特征在樟科中可见，如羽状/辐射状叶脉、完整的叶缘、先端变为辐射状的次级叶脉、次级间脉以及混合的第三级叶脉；（2）其他特征出现在樟目内的其他科中，如掌状辐射状叶脉、叶缘内的次级叶脉、网状第三级叶脉以及不发达的离生叶脉（Retallack & Dilcher，1981年；Upchurch & Dilcher，1990年）。由此可见，在白垩纪期间，叶片表现出相当大的形态多样性；一些叶片与现存的樟科叶片非常相似（包括角质层特征），但也具有独特特征，而其他叶片则与其他现存樟目科共享特征。其他具有这些特征的白垩纪叶片包括Araliaephyllum Fontaine、Cinnamomoides Seward、Marmarthia Johnson和Myrtophyllum Heer（Fontaine，1889年；Upchurch & Dilcher，1990年；Johnson，1996年；Peppe等人，2007年；Gregu? & Kva?ek，2015年；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz，2022年）。

对于现存的樟科植物，这种叶片类型目前仅见于Sassafras、Parasassafras（幼叶）和Lindera（Klucking，1987年），但这些植物在系统发育上并不相关。在化石记录中，一些裂叶曾被归类为现存属，主要是Sassafras（Fontaine，1889年；Berry，1911年、1922年；Brown，1933年；Lesquereux，1892年；Peppe等人，2008年）。然而，已经证明这些主要来自白垩纪的叶片与现存属无关，其中一些叶片代表与樟科和梧桐科（Platanaceae）相关的已灭绝属（Upchurch & Dilcher，1990年；Golovneva，2018年；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz，2022年、2024年）。裂叶的情况变得更加复杂，因为裂叶现象在樟目中似乎更为普遍。来自巴西早白垩世的物种Araripia florifera似乎属于樟目内的一个已灭绝科（Araripiaceae；Pessoa等人，2024年）。这可能表明裂叶在樟目中多次独立演化，正如在现存科如Hernandiaceae（Gyrocarpus、Hernandia）以及已灭绝的组如Pabiania和Araliaephyllum中看到的那样（Upchurch & Dilcher，1990年；Mohr & Eklund，2003年；Wang & Dilcher，2018年；Pessoa等人，2024年；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz，2024年）。所有这些可能与我们的结果相矛盾，因为祖先状态的重建表明该科的最后共同祖先具有不裂的叶片，而裂叶具有强烈的系统发育信号。然而，许多裂叶的分类位置仍然未知，尽管它们可能属于与现存科相关的干群（Upchurch & Dilcher，1990年；Rubalcava-Knoth & Cevallos-Ferriz，2024年），正如Araripia florifera所证明的那样（Pessoa等人，2024年）。此外，尽管过去具有裂叶的分类单元数量更多，但这并不一定意味着裂叶是樟科的祖先状态，因为在这一时期也存在不裂的叶片，并且这些不裂叶片也与樟目和该科相关（例如Němejc & Kva?ek，1976年；Retallack & Dilcher，1981年；Wang & Dilcher，2006年；Halamski，2013年；Gregu? & Kva?ek，2015年；Marmi，2016年；Doweld，2017年；Coiffard等人，2019年；Romero等人，2019年）。最后，最后共同祖先的重建是基于先验信息的假设，因此应将其作为识别与樟科相关或属于樟科的白垩纪叶片的指南，或作为进一步讨论的起点。我们意识到其局限性，未来结果可能会发生变化；然而，它为讨论该科主要叶片特征的演化及其在化石记录中的分类意义提供了坚实的基础。基于所有这些原因，对裂叶的研究，特别是来自白垩纪的研究，必须谨慎进行。

有研究表明，樟目在早白垩世已经形成，但各科尚未完全分化（Crepet等人，2016年）。形态学和系统发育观察表明，许多现代被子植物的谱系是在晚白垩世分化的（Crane等人，1994年；Crepet等人，2004年；Friis等人，2006年、2011年）。这与对樟科的年龄估计一致（包括本研究；表4；图3）：尽管该科起源于中白垩世，但主要的现存谱系是在晚白垩世形成的（Nie等人，2007年；Li等人，2011年、2016年、2020年；Magallón等人，2015年；Huang等人，2016年；Ramírez-Barahona等人，2020年；Xiao等人，2022年；Yang等人，2023b年；Qin等人，2023年；Song等人，2023年）。与樟科主要群体有亲缘关系的谱系在晚白垩世就已经存在，主要通过化石花朵体现；然而，它们并不对应于任何现存属或物种（Herendeen等人，1994年；Eklund，2000年；Atkinson等人，2015年；Poinar，2017年）。在樟目中仍发现其他位置存疑的“樟科”化石（Frumin等人，2004年；Doyle & Endress，2010年；Takahashi等人，2014年），这表明干群谱系可能与已经属于冠群的谱系共存。考虑到这一点，问题出现了：祖先状态的重建是否准确？这种重建以及研究的13个特征为识别与该科相关的化石提供了指导。然而，重建可能与该科最后共同祖先的真实形态相差甚远（且不完整）。有人认为，对被子植物早期演化阶段的祖先状态重建过于保守，因为它们没有考虑到这些植物实际占据的形态空间（López-Martínez等人，2024年）。

**结论**
本研究首次在进化背景下分析了现存樟科植物的叶片结构。结果表明，虽然某些特征具有多重起源，但它们具有显著的系统发育信号。尽管这些特征可能不足以定义主要的分类群（支系/属），但它们可以在没有角质层或生殖数据的情况下，用于识别樟科的成员。这里提出的特征指南是建立诊断性特征列表的重要一步，这些特征结合起来可以帮助识别属于樟科的化石叶片。然而，需要谨慎使用这些特征，因为必须在系统发育和/或严格的比较分析中测试研究化石的分类亲缘关系。重要的是要考虑到，在白垩纪期间，该科经历了分化过程，使得叶片识别更加困难。最后，这项工作仍在进行中，还应考虑更高阶的叶脉结构（如第四和第五阶叶脉）、离生叶脉、自由终止的细脉以及叶缘的最终叶脉。同样，随着更多化石（尤其是白垩纪的化石）被纳入系统发育树，祖先状态的重建和推断的最后共同祖先的形态也会发生变化。因此，从进化角度理解叶片结构仍是一个进行中的工作，我们希望这些结果能作为构建更好理解叶片结构的进化框架的起点。

**致谢**
这项工作是墨西哥国立自治大学（UNAM）生物科学研究生学位项目的一部分。感谢指导委员会成员的支持：UNAM生物研究所的Hilda Flores Olvera博士和UNAM Iztacala高等研究院的Sandra Luz Gómez Acevedo博士。感谢UNAM地质研究所的古植物学实验室提供的宝贵帮助。感谢Michael Rothman授权使用他的插图。特别感谢James A. Doyle对文本的详尽审阅及其建议。这项研究得到了SECIHTI（科学、人文、技术和创新部，前身为CONAHCYT/CONACYT）项目221129和CF-2019-61501、UNAM的PAPIIT（技术研究和创新支持计划）项目IN210416、IN105522，以及Marco Antonio Rubalcava Knoth CONACYT奖学金（762397）的资助。Mario Coiro和另一位匿名审稿人对本文的早期版本提出了评论。

**作者贡献**
概念化：MA Rubalcava-Knoth（MARK）、A Quintanar-Castillo（AQC）、SRS Cevallos-Ferriz（SRSCF）；数据整理：MARK、AL Hernández-Damián（ALHD）；形式分析：MARK、AQC；资金获取：SRSCF；调查：MARK、AQC、ALHD；方法学：MARK、AQC；资源：SRSCF；可视化：MARK；写作——初稿准备：MARK；写作——审阅与编辑：MARK、SRSCF、AQC、ALHD。