解开花朵演化之谜—图文

2020-10-14  来源:  作者:资阳新闻中心

 

 

复原的丁氏花的斜侧观、顶面观、纵剖面、底面观(王鑫供图)

花朵的起源长期以来是植物学界的难解之谜。

近日,《古昆虫学》刊发的一个来自中国、西班牙古生物学者的成果文章引发学界关注。研究者在2000万-1500万年前的琥珀化石中发现一种奇特的花。

“长久以来,人们一直想搞清楚花是怎么来的。不久的将来,我们也许能彻底解开花的演化之谜。丁氏花的发现给我们提供了一条非常重要的线索,它的形态说明,花很可能就是纵向压缩的枝。” 中国科学院南京地质古生物研究所研究员王鑫告诉《中国科学报》。

此次研究涉及的琥珀化石产自中美洲多米尼加。“之所以叫它丁氏花,是我向就读北京大学时任老校长丁石孙致敬。” 王鑫表示。

弄清花的演化,须跨越形态学鸿沟

1.74亿年前,地球就有了美丽的南京花。

1.25亿年前,朝阳序、古果、中华果、丽花、辽宁果、白氏果等众多的被子植物也涌现在我国辽西地区。

但是其中很多(例如朝阳序、古果、中华果)不似现代意义上的花:要么只有雌性结构,要么雌雄两性器官相距甚远、那些最受人喜爱的靓丽的花瓣也无影无踪。

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,丁氏花似乎经过 “纵向拉伸”,花朵中的各个器官,上下依次生长在一个花枝上。

“客观地讲,这些化石为人们了解被子植物的演化历史提供了重要证据,但是它们距离人们想象中的花朵相去甚远,二者之间还有很大的形态学鸿沟要填补。填补这个鸿沟一段时间以来成了植物学家的重要任务之一,因为这将使植物学更加合理、可信。”王鑫表示。

其实关于如何跨越这个形态学鸿沟,植物学家几百年前就有猜想。

早在林奈时代,人们就猜想到:花朵就是一个纵向压缩的枝。用通俗一点的话说,通过花轴的缩短,花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊这些常见的花器官被“浓缩”、聚集到有限的空间里,才会有我们日常生活中看到的花朵。

丁氏花化石很小,只有3-4毫米大小,立体保存于多美尼加中新世地层中出产的琥珀中。保存状态的良好和现代先进微CT技术的应用使得研究者可以清晰地观察到花朵的主要特征:连接到花轴上的苞片、花被、雄蕊和雌蕊四轮器官。

丁氏花具有五枚边缘相扣的花被片,十枚向内弯曲的雄蕊,中央是带有弯曲花柱的雌蕊。每枚雄蕊有一个很长的花丝,其顶上有一个包含四个药室的花药。这种花属于人们比较常见的真双子叶植物。

“丁氏花的发现对于人们认清花的本质及其演化历程,重新理解早先发现的早期被子植物生殖器官,指明未来研究努力的方向都具有重要意义和科学价值。”王鑫说。

丁氏花的标本永久保存于抚顺琥珀研究所。

论文刊发过程颇为“波折”

“研究一枚化石,并得出最终结论,一般需要有三四年的时间。”

但是现在离丁氏花的发现,已经过去了7年。

这7年的合作研究、实验,直至学术成果刊发,经历了很多“波折”。

7年中,王鑫他们尝试过多个国内外不同的学术杂志,但是都功败垂成。这种艰难的背后固然有学术的原因,但是学术以外的原因既难于确定又不可避免、甚至作用更大。

“现代的植物学是从西方传过来的,中国人是跟着跑的。在植物学界,长期科研的落后使得中国植物学家在国外权威,甚至同行面前表现得出乎预料的谦卑。”

“一方面,一旦与外国人有不同意见,首先就四省吾身,生怕和国外同行不能保持一致。另一方面,一旦发现国内同行有擅越雷池者,往往不问青红皂白,群起而攻之。”王鑫笑称。

在花的起源研究更是如此:明明国际权威已经张口结舌、不知所措,而国内很多同行在根本不明就里的情况下,坚决而盲目地跟风,挟洋自重,丧失了科学家应有的明辨是非的本能。

实际上,丁氏花比起之前研究过的早期被子植物化石,是个颇为年轻的化石。

丁氏花的独特形态在早期被子植物化石和现代意义上的花之间首次用化石架起了一座桥梁,使前者更加和谐地融入到了被子植物大家庭,也为阐明后者的来源做出了贡献。

丁氏花的发现,有个传奇故事

关于丁氏花的发现,抚顺琥珀研究所所长范勇给《中国科学报》讲述了一个颇为传奇的故事。

2011年春天,深圳的郑小姐带着一个多米尼加的琥珀经销商来到抚顺琥珀研究所,计划销售一批多米尼加琥珀标本给抚顺琥珀研究所做科学研究用。

生意谈完,经销商向范勇展示了大约十多公斤多米尼加琥珀标本,并声明这些琥珀标本是深圳的客商定好的货,只可以欣赏,不能销售。

由于标本数量很多,需要很久才能看完,范勇熬夜查看。

这一看不要紧,范勇从中发现有蝎子、螳螂、猎蝽等许多珍贵标本,更令人惊奇的,范勇从中还发现了更加稀少的花朵标本。

范勇反复向客商要求,想购买这些珍贵标本。

但客商非常讲信誉,坚持已谈好标本不能出售。带着遗憾,范勇亲自驾车将客商送到了沈阳桃仙机场,客商要飞往深圳去向客户交货。

在返回途中,范勇想,这些珍贵标本是琥珀科研难得的宝贵证据,他调转车头,返回机场。客商乘坐的班机已经飞走了,范勇急匆匆买了下一航班的机票,追赶到深圳。

深圳的客户到机场接多米尼加客商,范勇赶到时,双方在机场已经交了货。

范勇的赶来,使多米尼加客商深受感动,讲情动员客户能将范勇选中的几件琥珀标本卖给范勇。

虽然这些琥珀价格不菲,但范勇最后终究如愿以偿,成功拥有了这些标本。

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标本并带回所里研究,才有了丁氏花的故事。

王鑫在自己的研究领域里,有几个让自己颇为自豪的“首次”发现。

王鑫首次观察到了化石植物生理活动的化石记录。

化石植物的生理活动在过去对古植物学家来说简直是天方夜谭。

但是随着植物细胞质化石研究的不断深入,这已经成为了古植物学家的现实的研究目标。王鑫通过实践不仅观察到了细胞膜、叶绿体等亚细胞结构,而且首次成功地观察到了植物细胞中穿过细胞膜的物质运输现象。

相关论文信息:https://doi.org/10.11646/palaeoentomology.3.4.15

 

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