一朵1500萬年前的花 能讓我們接近花朵演化的真相嗎
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圖① 丁氏花復(fù)原圖 圖② 包含1500萬年前丁氏花的琥珀 受訪者供圖
雍容華貴的牡丹、冰肌玉骨的水仙、出污泥而不染的荷花……千百年來，人們用詩詞、歌曲、繪畫、影像作品贊美花朵的芬芳美麗、賦予它們深刻的寓意。
但是，植物學(xué)家卻在思考：這些美麗的花朵從何而來，又是如何演化的？
百余年來，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論深入人心，但花朵的演化史卻是植物學(xué)家的難解之題，花朵演化之謎甚至被《科學(xué)》雜志列為125個世界級科學(xué)難題之一。
植物學(xué)界猜測認(rèn)為，花是一個縱向壓縮的枝。這得到很多植物學(xué)家的認(rèn)可，也得到現(xiàn)代植物學(xué)研究的支持，相關(guān)化石證據(jù)卻一直缺席。
記者10月10日從中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉，該所王鑫研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)合作完成的論文《中新世琥珀里的獨(dú)特化石為花朵演化提供新的啟示》于近日發(fā)表在《古昆蟲學(xué)》上。他們在一塊1500萬年前的多美尼加琥珀中發(fā)現(xiàn)了一種奇特的花朵化石——五數(shù)丁氏花?；逦爻尸F(xiàn)出該花是一個縱向壓縮的枝，為花朵演化提供了重要證據(jù)。
花朵其實(shí)是被子植物的生殖器官
花朵之所以具有觀賞價值，主要由于婀娜多姿、顏色艷麗的花瓣?；ò暌渤蔀閰^(qū)分不同花朵的顯著特征之一。
但是在植物學(xué)家眼里，花朵只不過是一個用來繁殖下一代的器官，因此他們更加關(guān)注產(chǎn)生生殖細(xì)胞的雄蕊與雌蕊，這對于花的繁殖演化具有重要作用。
“典型的花，一般由花柄和著生其上的花萼、花瓣、花蕊組成，花蕊又分為雄蕊與雌蕊?！蓖貊胃嬖V科技日報記者。
對植物學(xué)稍有了解的人還會發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，部分花朵沒有花瓣，比如金粟蘭。倘若林黛玉樹下葬花，遇到的是這樣的花朵該如何是好呢？
翻開植物演化教材我們會發(fā)現(xiàn)，與地球45億年歷史、最早植物苔蘚數(shù)億年歷史相比，花朵出現(xiàn)的時間并不長，只有約一兩億年。
“現(xiàn)在人們通稱的花朵，實(shí)際上是被子植物的生殖器官。在被子植物出現(xiàn)之前，用孢子繁殖的苔蘚和蕨類植物已在地球上生長了幾億年。”王鑫介紹說。
被子植物，即開花植物，堪稱植物世界的王者。它是當(dāng)今植物界中進(jìn)化程度最高、種類最多、分布最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的類群?，F(xiàn)知全世界被子植物共有30多萬種，占植物界總數(shù)的絕大多數(shù)。
從現(xiàn)代基因?qū)W角度來看，花朵的發(fā)育本質(zhì)上受到幾個基因的控制，大致分為控制花萼、花瓣和花蕊的3類基因，科學(xué)家依照遺傳學(xué)提出了花發(fā)育的ABC模型。不同的基因表達(dá)，決定了不同類群植物的花的大致結(jié)構(gòu)，最終發(fā)育成我們所看到的花花世界。
神秘琥珀化石證實(shí)科學(xué)猜想
2002年5月，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所孫革研究員團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志刊發(fā)論文稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種距今約1.25億年前的開花植物化石，并命名為中華古果。
在人們的眼里，古果更像是草本植物，因?yàn)樗m具有花的繁殖器官，卻沒有色彩奪目的花瓣。與現(xiàn)代花朵不同的是，它的果實(shí)、雄蕊分布在一個長軸上，看起來像一棵水草。
王鑫告訴記者：“植物學(xué)界很久以來有一個說法，認(rèn)為花是一個縱向壓縮的枝，但是卻一直找不到相關(guān)的化石證據(jù)。僅有一個古果，還不能描述完整的花朵演化史，所以難免有人對之前的猜測將信將疑?！?/p>
但是，在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、福建農(nóng)林大學(xué)、西班牙比戈大學(xué)、遼寧撫順琥珀研究所的5位學(xué)者共同努力下，他們在約1500萬年前的琥珀化石中發(fā)現(xiàn)了一種奇特的花。
王鑫將其命名為丁氏花。丁氏花化石很小，只有3—4毫米，鑲嵌在一塊中美洲多美尼加中新世地層中出產(chǎn)的琥珀里。
由于琥珀良好的保存狀態(tài)，利用現(xiàn)代先進(jìn)的微CT技術(shù)，研究人員可以清晰地觀察到丁氏花的主要特征：連接到花軸上的苞片、花被片、雄蕊和雌蕊4輪器官。
令他們驚訝的是，與一般花朵的花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊幾乎從同一點(diǎn)上生長出來不同，這種遠(yuǎn)古花朵似乎經(jīng)過了“縱向拉伸”，花朵中的各個器官，上下依次生長在一個花枝上。
從王鑫提供的復(fù)原圖來看，該花具有5枚邊緣相扣的花被片，10枚向內(nèi)彎曲的雄蕊，中央是帶有彎曲花柱的雌蕊。每枚雄蕊有一根很長的花絲，其頂上有一個包含4個藥室的花藥。
丁氏花屬于大家比較常見的真雙子葉植物。2018年，王鑫帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的靜子花，已經(jīng)把真雙子葉植物的歷史追溯到大約1億年前的白堊紀(jì)中期，但是這些花朵是如何演化而來的卻一直缺乏有意義的化石證據(jù)證實(shí)和支持。
“雖然丁氏花年代較新，但是它的獨(dú)特形態(tài)首次表明，幾百年來人們關(guān)于花的本質(zhì)的猜想，可能是合理的，即花是一個縱向壓縮的枝。”王鑫說道。
延伸閱讀
丁氏花的命名是為致敬丁石孫先生
王鑫介紹，該化石之所以命名為丁氏花，是為了紀(jì)念前北京大學(xué)校長、我國著名數(shù)學(xué)家丁石孫先生。
“我們用丁氏花命名這個來自遠(yuǎn)古的化石花朵，以此致敬和告慰永遠(yuǎn)的丁石孫校長，感謝他用民主科學(xué)的學(xué)術(shù)氛圍和堅定執(zhí)著的人生追求，幫助我們解開了世界級的科學(xué)謎題。”王鑫說道。
目前，這塊解開百年科學(xué)猜想的化石保存于撫順琥珀研究所。作為一家民辦機(jī)構(gòu)，撫順琥珀研究所能夠獲得丁氏花琥珀化石也是可遇不可求。
2011年春天，深圳同行帶著一位多米尼加的琥珀經(jīng)銷商來到撫順琥珀研究所，計劃銷售一批琥珀標(biāo)本給研究所做科學(xué)研究用。
計劃中的琥珀標(biāo)本并未讓撫順琥珀研究所所長范勇眼前一亮，但他卻在其他客戶預(yù)定的琥珀化石中發(fā)現(xiàn)一批非常稀有的花朵標(biāo)本。范勇敏感地意識到這批標(biāo)本具有重要的科學(xué)價值，想留下來開展研究。但是被多米尼加經(jīng)銷商一口回絕。經(jīng)過一路追蹤，范勇花了一周時間與深圳的客戶商談，最終獲得了其中幾個花朵標(biāo)本。
2013年，王鑫來到撫順琥珀研究所，在眾多的琥珀標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了這件奇特的花朵標(biāo)本，經(jīng)范勇同意帶回南京研究。經(jīng)過多年的探索和實(shí)驗(yàn)，王鑫和他的團(tuán)隊(duì)最終破解了花朵演化之謎，于2020年推出了古生物學(xué)的重大研究成果。
“長久以來，人們一直想搞清楚花是怎么來的。丁氏花的發(fā)現(xiàn)給我們提供了一條非常重要的線索，這個證據(jù)和結(jié)論不僅有利于確認(rèn)人們關(guān)于花朵本質(zhì)的解讀，而且有利于人們理解原來看似怪異的早期被子植物化石(如遼寧古果、雨含果)。不久的將來，我們也許能徹底解開花的演化之謎。”王鑫告訴記者。
本報記者 張 曄