花朵的起源：世界級(jí)科學(xué)難題之一

被子植物(有花植物)是植物界最進(jìn)化、種類最豐富的植物大類群，在現(xiàn)今陸地生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。被子植物的起源和早期演化一直都是演化生物學(xué)中最重要的科學(xué)問題之一。

被子植物化石在1億多年前的白堊紀(jì)地層中突然大量出現(xiàn)，似乎與進(jìn)化論的觀點(diǎn)“生物演化是漸進(jìn)的”相悖，達(dá)爾文對(duì)此感到困惑不解，稱之為“討厭之謎”。

近日，南京古生物所史恭樂研究員領(lǐng)銜的由中、美國際團(tuán)隊(duì)，在我國內(nèi)蒙古發(fā)現(xiàn)了一個(gè)特異埋藏的早白堊世植物化石群，發(fā)現(xiàn)被子植物(有花植物)的祖先類群早在距今約2.5億年前就已經(jīng)出現(xiàn)，為解決被子植物的起源問題提供了關(guān)鍵性證據(jù)。相關(guān)研究進(jìn)展于5月26日在英國《自然》(Nature)雜志在線發(fā)表。

花朵的起源：世界級(jí)科學(xué)難題之一

被子植物在現(xiàn)今絕大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)中都占據(jù)主導(dǎo)地位，是人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境中最重要的組成部分，并與人類的衣食住行密切相關(guān)。人類吃的食物，織布所用的棉和麻，建筑所用的木材，絕大多數(shù)都直接或間接地來自于被子植物。

“花作為被子植物的生殖器官，其起源和演化是認(rèn)識(shí)和理解被子植物起源的關(guān)鍵。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所史恭樂研究員向記者介紹道。花朵是被子植物區(qū)別于其他植物大類群最重要的特征，要解密被子植物的起源，必須理解花的起源和演化。

被子植物類群與蘇鐵目、銀杏目、松柏目、買麻藤目共同組成種子植物，其中后4類群胚珠受精時(shí)花粉直接進(jìn)入珠孔管，也被稱為裸子植物。

既然被子植物與裸子植物有“親緣關(guān)系”，那么裸子植物的花朵的起源和演化能否間接解決被子植物難題呢?

史恭樂介紹說，分子譜系學(xué)重建的種子植物系統(tǒng)發(fā)育認(rèn)為，現(xiàn)生裸子植物和被子植物構(gòu)成姊妹群，但二者在二疊紀(jì)之前就已經(jīng)分開。

“現(xiàn)生的種子植物很難為我們認(rèn)識(shí)和理解花的起源和演化提供參考。”史恭樂介紹道。因此，只能在已絕滅的種子植物化石類群中尋找被子植物的近親和祖先類群，這些類群中隱藏著花和被子植物的起源和早期演化的線索。

內(nèi)蒙古化石揭秘被子植物起源之謎

2017年夏，史恭樂團(tuán)隊(duì)在我國內(nèi)蒙古東部的霍林河盆地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)特異埋藏的早白堊世硅化植物群(距今約1.26億年)。該硅化植物化石不僅完整地保存了植物器官的三維形態(tài)，還保存了植物體組織和細(xì)胞的細(xì)節(jié)信息，正是古植物學(xué)研究的理想材料。

被子植物有兩個(gè)特征：一是心皮，心皮是包裹了一個(gè)或多個(gè)胚珠的雌性生殖器官;另一個(gè)為包裹著胚珠杯狀結(jié)構(gòu)殼斗的一個(gè)外組織層，它是被子植物不同于其他種子植物的特征。研究清楚這些特征最早如何出現(xiàn)，是明確被子植物起源的一個(gè)關(guān)鍵要素。

通過醋酸纖維膜撕片技術(shù)和先進(jìn)的顯微斷層掃描(CT)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)重建了化石植物的三維外觀形態(tài)和內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)已經(jīng)滅絕的一類種子植物——盔籽。其包裹種子的彎曲殼斗非常類似于被子植物中的外珠被。

“被子植物的外珠被類似于豌豆的外殼。”史恭樂形象地介紹。裸子植物的種子僅有一層珠被，而被子植物的種子則具有兩層珠被，這被認(rèn)為是被子植物區(qū)別于裸子植物最重要的特征之一。

基于已發(fā)表的種子植物形態(tài)數(shù)據(jù)矩陣和本次研究的新認(rèn)識(shí)，研究團(tuán)隊(duì)又重新構(gòu)建了一個(gè)包括31個(gè)分類群和83個(gè)性狀的形態(tài)數(shù)據(jù)矩陣，通過不同方法的譜系發(fā)育分析均顯示，包括盔籽植物、開通植物、舌羊齒植物等在內(nèi)的，具有相似彎曲殼斗的絕滅種子植物是被子植物的近親，并很可能包括了被子植物的直接祖先。而這一大類絕滅種子植物的化石可追溯至晚二疊世，表明被子植物的祖先類群早在距今約2.5億年前就已經(jīng)出現(xiàn)，并不是在白堊紀(jì)突然出現(xiàn)的。

“被子類植物基干類群及其關(guān)鍵特征的識(shí)別在一定程度了回答了被子植物和花朵的起源問題。”史恭樂介紹道。同時(shí)相關(guān)研究是中國古植物學(xué)對(duì)被子植物演化理論認(rèn)識(shí)的重要突破，為理解被子植物白堊紀(jì)之前的演化提供了關(guān)鍵證據(jù)，部分回答了達(dá)爾文的“討厭之謎”。

標(biāo)簽： 內(nèi)蒙古化石 被子植物 起源 達(dá)爾文