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一朵1500万年前的花 能让我们接近花朵演化的真相吗
2020-10-14 08:14:41 来源:科技日报  作者:
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  丁氏花复原图

  包含1500万年前丁氏花的琥珀受访者供图

  雍容华贵的牡丹、冰肌玉骨的水仙、出污泥而不染的荷花……千百年来,人们用诗词、歌曲、绘画、影像作品赞美花朵的芬芳美丽、赋予它们深刻的寓意。

  但是,植物学家却在思考:这些美丽的花朵从何而来,又是如何演化的?

  百余年来,达尔文的生物进化论深入人心,但花朵的演化史却是植物学家的难解之题,花朵演化之谜甚至被《科学》杂志列为125个世界级科学难题之一。

  植物学界猜测认为,花是一个纵向压缩的枝。这得到很多植物学家的认可,也得到现代植物学研究的支持,相关化石证据却一直缺席。

  记者10月10日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,该所王鑫研究员领导的国际团队合作完成的论文《中新世琥珀里的独特化石为花朵演化提供新的启示》于近日发表在《古昆虫学》上。他们在一块1500万年前的多美尼加琥珀中发现了一种奇特的花朵化石——五数丁氏花。化石清晰地呈现出该花是一个纵向压缩的枝,为花朵演化提供了重要证据。

  花朵其实是被子植物的生殖器官

  花朵之所以具有观赏价值,主要由于婀娜多姿、颜色艳丽的花瓣。花瓣也成为区分不同花朵的显著特征之一。

  但是在植物学家眼里,花朵只不过是一个用来繁殖下一代的器官,因此他们更加关注产生生殖细胞的雄蕊与雌蕊,这对于花的繁殖演化具有重要作用。

  “典型的花,一般由花柄和着生其上的花萼、花瓣、花蕊组成,花蕊又分为雄蕊与雌蕊。”王鑫告诉科技日报记者。

  对植物学稍有了解的人还会发现一个奇怪的现象,部分花朵没有花瓣,比如金粟兰。倘若林黛玉树下葬花,遇到的是这样的花朵该如何是好呢?

  翻开植物演化教材我们会发现,与地球45亿年历史、最早植物苔藓数亿年历史相比,花朵出现的时间并不长,只有约一两亿年。

  “现在人们通称的花朵,实际上是被子植物的生殖器官。在被子植物出现之前,用孢子繁殖的苔藓和蕨类植物已在地球上生长了几亿年。”王鑫介绍说。

  被子植物,即开花植物,堪称植物世界的王者。它是当今植物界中进化程度最高、种类最多、分布最广、适应性最强的类群。现知全世界被子植物共有30多万种,占植物界总数的绝大多数。

  从现代基因学角度来看,花朵的发育本质上受到几个基因的控制,大致分为控制花萼、花瓣和花蕊的3类基因,科学家依照遗传学提出了花发育的ABC模型。不同的基因表达,决定了不同类群植物的花的大致结构,最终发育成我们所看到的花花世界。

  神秘琥珀化石证实科学猜想

  2002年5月,中国科学院南京地质古生物研究所孙革研究员团队在《科学》杂志刊发论文称,他们发现了一种距今约1.25亿年前的开花植物化石,并命名为中华古果。

  在人们的眼里,古果更像是草本植物,因为它虽具有花的繁殖器官,却没有色彩夺目的花瓣。与现代花朵不同的是,它的果实、雄蕊分布在一个长轴上,看起来像一棵水草。

  王鑫告诉记者:“植物学界很久以来有一个说法,认为花是一个纵向压缩的枝,但是却一直找不到相关的化石证据。仅有一个古果,还不能描述完整的花朵演化史,所以难免有人对之前的猜测将信将疑。”

  但是,在中国科学院南京地质古生物研究所、福建农林大学、西班牙比戈大学、辽宁抚顺琥珀研究所的5位学者共同努力下,他们在约1500万年前的琥珀化石中发现了一种奇特的花。

  王鑫将其命名为丁氏花。丁氏花化石很小,只有3—4毫米,镶嵌在一块中美洲多美尼加中新世地层中出产的琥珀里。

  由于琥珀良好的保存状态,利用现代先进的微CT技术,研究人员可以清晰地观察到丁氏花的主要特征:连接到花轴上的苞片、花被片、雄蕊和雌蕊4轮器官。

  令他们惊讶的是,与一般花朵的花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊几乎从同一点上生长出来不同,这种远古花朵似乎经过了“纵向拉伸”,花朵中的各个器官,上下依次生长在一个花枝上。

  从王鑫提供的复原图来看,该花具有5枚边缘相扣的花被片,10枚向内弯曲的雄蕊,中央是带有弯曲花柱的雌蕊。每枚雄蕊有一根很长的花丝,其顶上有一个包含4个药室的花药。

  丁氏花属于大家比较常见的真双子叶植物。2018年,王鑫带领的科研团队发现的静子花,已经把真双子叶植物的历史追溯到大约1亿年前的白垩纪中期,但是这些花朵是如何演化而来的却一直缺乏有意义的化石证据证实和支持。

  “虽然丁氏花年代较新,但是它的独特形态首次表明,几百年来人们关于花的本质的猜想,可能是合理的,即花是一个纵向压缩的枝。”王鑫说道。

  延伸阅读

  丁氏花的命名是为致敬丁石孙先生

  王鑫介绍,该化石之所以命名为丁氏花,是为了纪念前北京大学校长、我国著名数学家丁石孙先生。

  “我们用丁氏花命名这个来自远古的化石花朵,以此致敬和告慰永远的丁石孙校长,感谢他用民主科学的学术氛围和坚定执着的人生追求,帮助我们解开了世界级的科学谜题。”王鑫说道。

  目前,这块解开百年科学猜想的化石保存于抚顺琥珀研究所。作为一家民办机构,抚顺琥珀研究所能够获得丁氏花琥珀化石也是可遇不可求。

  2011年春天,深圳同行带着一位多米尼加的琥珀经销商来到抚顺琥珀研究所,计划销售一批琥珀标本给研究所做科学研究用。

  计划中的琥珀标本并未让抚顺琥珀研究所所长范勇眼前一亮,但他却在其他客户预定的琥珀化石中发现一批非常稀有的花朵标本。范勇敏感地意识到这批标本具有重要的科学价值,想留下来开展研究。但是被多米尼加经销商一口回绝。经过一路追踪,范勇花了一周时间与深圳的客户商谈,最终获得了其中几个花朵标本。

  2013年,王鑫来到抚顺琥珀研究所,在众多的琥珀标本中发现了这件奇特的花朵标本,经范勇同意带回南京研究。经过多年的探索和实验,王鑫和他的团队最终破解了花朵演化之谜,于2020年推出了古生物学的重大研究成果。

  “长久以来,人们一直想搞清楚花是怎么来的。丁氏花的发现给我们提供了一条非常重要的线索,这个证据和结论不仅有利于确认人们关于花朵本质的解读,而且有利于人们理解原来看似怪异的早期被子植物化石(如辽宁古果、雨含果)。不久的将来,我们也许能彻底解开花的演化之谜。”王鑫告诉记者。(记者张晔)

责任编辑:杨金光
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