在大约1.3亿年前的白垩纪早期,一次影响深远的转变在陆地上悄无声息地产生 了。在很短的时间内,被子植物出生 ,并且 迅速演化出了所有主要的被子植物类别。被子植物为什么会突然集中涌现 ,它们又是如何演化而来的?这个被达尔文称作“讨厌之谜”的问题,始终困扰着演化生物学家。最近,一支研究团队从保存 完好的盔籽植物化石中,找到了揭开“讨厌之谜”的线索…… 撰文 | 吴非 2017年6月的一天,一行人身着户外服饰、手持地质锤等对象 ,来到了内蒙古霍林河盆地的扎哈淖尔露天煤矿。在这里,由深褐色和淡灰色地层交替组成 的规整剖面绵延数千米,这些断面是开采褐煤留下的陈迹 。他们看到在广袤的平地上,一些正在作业的亮黄色挖掘机非分特别 显眼,这些设备开采的目标是地层中的深褐色部分 ——这里蕴藏着大量 名贵 的煤炭资源。而在剖面上方,这一行人正在进行另一项作业。他们的目标不是煤炭,而是另一种深褐色的“宝藏”——燧石。 不久之后,史恭乐和合作者们锁定了目标。在一块代表了白垩纪早期(距今约1.3亿年)地层剖面的燧石上,他们不雅 察到了密密麻麻、形态不一 ,只有毫米标准 的浅色结构。这些或呈圆形,或是长条状的结构是硅化的植物化石,它们保存 了植物根系、枝干、叶片和滋生 器官的信息。在这些杂乱的微小化石中,科学家们注意到一些形似水滴的结构。这个发觉 令他们欣喜不已,因为他们知道,这些不起眼的结构中,可能就隐藏着能够揭开被子植物起源之谜的症结 线索。 百年“讨厌之谜” 作为种类最多、散布 范围 最广的植物类群,被子植物在今天的陆地生态系统中占据主导位置 。如今,跨越 30万种被子植物遍布全球,它们深刻影响着我们的衣食住行,并且 在生态系统中饰演 着症结 角色。但被子植物最初是如何由裸子植物演化而来,并且 一步步走向今日的闹热 的? 在今天,漫长的演化进程 已经付与 裸子植物与被子植物巨大的差别 性,因此,我们无法再从现生的裸子植物中找到关于被子植物起源的重要证据。好在,遍布全球各地的植物化石记录为我们拼凑出了被子植物从出生 至今的演化历程。 1998年,吉林大学的古生物学家孙革率领 团队,在辽宁西部找到了被称作“世界上第一朵花”的辽宁古果。虽然叶片形态与蕨类相似,但它们的枝干上排列着大量 形似豆荚的果实,果实里包裹了种子——这些特征说明,这些古果毫无疑问属于被子植物。这批珍贵的化石同随后同样在辽西出土的中华古果一起,代表了最原始的被子植物。很快,这些被子植物的年代也获得 了确认:它们都集中在大约1.25亿年前的白垩纪早期。 在这之后的20多年间,技术手段的提升让我们可以通过全新的视角了解远古的植物,不合 类其余 早期被子植物化石也赓续 涌现。然则 ,来自世界各地、属于不合 类群的早期被子植物化石的年龄都不跨越 1.3亿年,而早于白垩纪的被子植物化石却从未涌现 。 事实上,早在19世纪,查尔斯·达尔文(Charles Darwin)就注意到这个关于被子植物起源的奇怪现象。达尔文认为生物的演化是一个迟缓 、渐进的进程 ,但正如他在《物种起源》中对动物在寒武纪的突然爆发觉得 异常 困惑,晚年的达尔文在研究被子植物的早期化石记录时,也发觉 了一个类似的疑团:在白垩纪早期,被子植物从无到有,迅速辐射,现生被子植物的主要类群都在那段时间突然涌现 。1879年,在写给其时 的英国皇家植物园邱园主任、著名植物学家约瑟夫·胡克(Joseph Hooker)的信件中,达尔文将这个与渐进式演化相悖的现象称作“讨厌之谜”(abominable mystery)。 在此后的一个多世纪中,这个“讨厌之谜”始终困扰着演化生物学家。被子植物是怎样涌现 的?在1.3亿年前的爆发式登场之前,被子植物的祖先经历了怎样的演化历程?正如前人 类学家会从全球各地的前人 类化石中寻找现代人起源的线索,演化生物学家破解被子植物起源之谜的线索,同样隐藏在它们的祖先类群之中。 寻找过渡特征 在裸子植物通向被子植物的途径 上,最显著的特征自然是花的涌现 。但对于研究者来说,这一转变是被子植物出生 之路的最终篇章。因此他们真正存眷 的,是在真正意义上的被子植物涌现 之前,它们的祖先展现出了哪些过渡性质的特征。
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