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寻找地球上的第一朵花

1879年,达尔文在给植物学家胡克的信中将被子植物起源称为“令人讨厌的谜”。

达尔文在信中说,如果物种是逐渐演化的,那么为什么在几十亿年的时间里,被子植物都不曾出现,而到了白垩纪的时候(距今约1.4亿年),被子植物突然就大量出现了呢?面对这个令他颇为不解的谜题,当时他只能归结为“地质记录不完全”的结果。

被子植物又称有花植物。花的出现是被子植物区别于其他植物的典型特征,因此花器官的起源成为被子植物起源研究的关键。那么,被子植物是否真的只在白垩纪时才开始大量出现呢?世界上第一朵花是什么样的?花是如何起源的?花的本质是什么?……一百多年后的今天,科学家们依然在不懈努力地去寻找这些问题的答案。

根据化石证据去追溯植物的起源是目前主要的研究途径。由于花朵质地柔软,几乎没有纤维素,因此在化石形成过程中难以“石化”或留下“痕迹”,给花的起源研究带来一定难题。

2011年,英国《自然》杂志发表的一篇文章宣布:在辽宁省凌源县发现了一种真双子叶植物化石—李氏果,扁平的花托顶生在花梗上,花托上着生5枚狭长形的假合生心皮,大约出现在1.24亿年前的早白垩纪。由此化石可推测当时的李氏果与今天的毛茛科植物有着高度的形态相似性,曾被认为是最早的被子植物。

然而,2015年英国《历史生物学》杂志发表了一篇文章,南京古生物研究所专家对一份特殊的花化石进行鉴定分析,发现尽管该“花”直径只有12毫米,但它和现在的真花结构一样,都具有花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊等典型被子植物花朵的所有组成部分,并且推测它可能出现在1.62亿年前的侏罗纪时代!这份化石样本是在20世纪70年代在辽宁葫芦岛采集而得,为纪念发现该化石样本的古植物学者潘广先生,因此命名为“潘氏真花”。

这一发现打破了“白垩纪以前没有被子植物”国际主流观点,成为迄今为止世界上最早的被子植物花朵化石记录。

由于绝大多数花要依赖动物才能完成异花传粉,因此对古代传粉昆虫的化石研究,也为研究被子植物起源提供了可靠的间接证据,如古蜜蜂、喜花虻类的古化石也侧面证实侏罗纪晚期已经出现了大量的原始被子植物。而且其他昆虫化石(如长翅目蚊蝎蛉科)的古地理分布特征研究表明:劳亚大陆与北美、非洲等大陆分离的最后时限不会早于中侏罗纪。因此假设被子植物是单元起源的,那么被子植物的起源时间不能晚于中侏罗纪,以后随着泛大陆的解体,被子植物的原始类型扩散到其他大陆。

小贴士

李氏果学名为Leefructus mirus,其中,“Lee”是以化石最初捐赠者李世铭的姓命名,“fructus”意指“果实”,“mirus”意指“稀奇的,令人惊讶的”。

2015年3月

“花究竟是什么?”关于花的本质的探索,科学家发现,同一种植物的生殖枝与营养枝的分枝式样是如此惊人相似,而且花与枝条在结构上非常相似。而且,植物从营养生长到生殖生长是连续统一的。因此,1790年歌德提出了花的变态枝条假说,1827年由康道尔(de Candolle)逐渐补充完善。这个假说认为:花相当于一个缩短变态的枝条,而花的各组成部分都可以看成极度变态的叶片。目前这个假说得到科学家们的普遍认可。

那么,被子植物的花是如何起源的呢?现存的被子植物哪些是原始类群,哪些是进化类群,一直是植物分类学家争议的焦点。由于可靠的化石证据不多,大多数的结论仍然是推论性的,历史上先后形成了两个学派,即“真花学派”和“假花学派”。

以英国植物学家哈钦松(John Hutchinson)为代表的真花学派认为:被子植物的花是由原始裸子植物的两性孢子叶球演化而来,这种原始裸子植物可能为早已灭绝的拟苏铁。根据这一观点,现代被子植物中的多心皮类(尤其是木兰目植物)被认为是被子植物较原始类群。

以德国植物学家恩格勒(Adolf Engler)为代表的假花学派则持不同的观点,他们设想被子植物是来自裸子植物麻黄类的弯柄麻黄,并推测,被子植物的原始类群应该为花单性、无花被、风媒传粉的木本的柔荑花序类植物,如杨柳目等。

然而,根据解剖学、孢粉学等研究资料证明柔荑花序类植物应为次生类群。到目前为止,绝大多数的植物分类学家赞同真花学说的观点,认为最早的被子植物应该具有两性花、花各个部分多数且分离(比如木兰类),逐渐进化为花各个部分数目减少,简化或退化,各部分由离生进化到各种不同程度的合生,比如兰花。

植物的进化是一个长期渐变和自然筛选的过程,除了少量因为环境骤变而发生突变外,绝大多数的植物新类群不可能短时间内突然出现并广泛散布,或许人们目前所有的发现也只是其中的一小部分碎片而已,植物进化的历程还有待人们去更深入挖掘。

关于花的起源 7cud0nFpLJx9faHcZhMgsWN5nu+PHFvw3KnDdIXZPtLyfHVc9mr4g06hREKi3lnT

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