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1.26亿年前化石揭秘花朵起源之谜 助解达尔文进化论相悖困惑

发布时间:2021-10-03 09:12:53

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    a裸子植物单层珠被的胚珠;b被子植物双层珠被的倒生胚珠;c内蒙古盔籽植物的壳斗及单层珠被的胚珠。 中科院南古所 供图

  北京5月27日电 (记者 孙自法)“春天来了,百花盛开”,这样的景象众所周知;“花园里的花朵真鲜艳”,这句儿歌也是耳熟能详。不过,花朵如何演化起源?一般人都无法回答,这也是古生物学界长期致力于解决的一大难题。

  来自中国科学院南京地质古生物研究所(中科院南古所)的消息说,该所史恭乐研究员领衔的中美国际团队最新在花朵起源研究方面取得重大突破,他们通过对在中国内蒙古东部发现的1.26亿年前硅化植物群化石,以及英国侏罗纪和南极三叠纪相关植物化石进行研究,结果表明,有花植物(也称被子植物)的祖先类群早在距今2.5亿–2.6亿年就已经分化出现。

基于分子数据的现生种子植物谱系发育树。 中科院南古所 供图

  这一古生物研究领域重要研究成果论文,北京时间5月26日深夜由国际著名学术期刊《自然》在线发表。达尔文感到困惑不解的有花植物进化论相悖之谜,也由此获得一定程度破解。

  花朵演化之谜是世界级科学难题

  中科院南古所科普称,被子植物是植物界最进化、种类最丰富(约有30万种)、生态习性最复杂的植物大类群。它们在现今绝大多数陆地生态系统中都占据主导地位,是人类赖以生存的地球生态环境中最重要的组成部分,并与人类的衣食住行密切相关。

  花朵是被子植物区别于其他植物大类群最重要的特征,也是被子植物之所以成为陆地生态系统主导类群的最重要的优势特征。花朵的起源和演化是认识和理解被子植物起源,及其与其他种子植物大类群谱系发育关系的关键,其演化之谜也被学界列为世界级科学难题之一。

利用分割显微断层扫描数据三维重建的内蒙古早白垩世盔籽植物。 中科院南古所 供图

  被子植物有两个特征:一是心皮,心皮是包裹了一个或多个胚珠的雌性生殖器官;另一个为包裹着胚珠杯状结构壳斗的一个外组织层,它是被子植物不同于其他种子植物的特征。研究清楚这些特征最早如何出现,是明确被子植物起源的一个关键要素。

  分子谱系学重建的种子植物系统发育认为,现生裸子植物和被子植物是远亲,所以,回答被子植物起源的问题,需要在绝灭化石类群中寻找被子植物的近亲。但长期以来,科学家并未找到可靠的早期被子植物祖先化石证据。

  祖先类群约2.5亿年前就已经出现

  2017年夏季,史恭乐领衔的中美科研团队在内蒙古霍林河盆地发现一个特异埋藏的早白垩世硅化植物群(距今约1.26亿年)。该硅化植物化石不仅完整保存植物器官的三维形态,还保存植物体组织和细胞的细节信息,是古植物学研究的理想材料。

内蒙古霍林河盆地早白垩世硅化植物化石剖面,科研团队现场考察研究。 中科院南古所 供图

  史恭乐介绍说,科研团队通过重建化石植物的三维外观形态和内部解剖结构,发现其中已绝灭的一类种子植物——盔籽,具有类似被子植物原始类群外珠被的结构——包裹种子的弯曲壳斗。裸子植物的种子仅有一层珠被,而被子植物的种子则具有两层珠被,这被认为是被子植物区别于裸子植物最重要的特征之一。

  基于已发表的种子植物形态数据矩阵和本次研究的新认识,研究团队重新构建了一个包括31个分类群和83个性状的形态数据矩阵,通过不同方法的谱系发育分析均显示,包括盔籽植物、开通植物、舌羊齿植物等在内,具有相似弯曲壳斗的绝灭种子植物是被子植物的近亲,并很可能包括了被子植物的直接祖先。

  这一大类绝灭种子植物化石可追溯至晚二叠世,表明被子植物的祖先类群可追溯到中生代以前,早在距今约2.5亿年前就已经出现,并非在白垩纪突然出现,比花朵在早白垩世或中白垩世的出现要早很多。

内蒙古早白垩世硅化的盔籽植物解剖结构。 中科院南古所 供图

  助力破解达尔文进化论相悖困惑

  被子植物对人类和地球上的其它生命至关重要,所以其起源和早期演化一直都是演化生物学中最重要的科学问题之一。19世纪的早期古植物学研究发现,被子植物化石在白垩纪地层中突然大量出现,这似乎与认为生物演化是渐进的进化论相悖,达尔文对此感到困惑不解,称之为“讨厌之谜”。

  史恭乐表示,中美团队最新对被子类植物基干类群的种子着生器官的形态及其同源性研究,对学界认识被子植物冠群的关键特征心皮的起源和演化具有非常重要的意义。相关研究进展是中国古植物学对被子植物演化理论认识的重要突破,为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据,也部分程度上回答了达尔文的“讨厌之谜”。

  在《自然》同期发表“新闻与观点”文章中,国际同行专家指出,虽然需要更多化石来确定被子植物的起源,但认识这些化石之间的亲缘关系,有助于进一步研究种子植物的演化以及被子植物的其他特征是如何出现的,比如心皮和雄蕊。(完)

【编辑:田博群】

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