Nature:我国学者破解“达尔文讨厌之谜”,揭开被子植物起源谜团

2021-05-30 07:16 来源:澎湃新闻·澎湃号·湃客

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原创 生物世界 生物世界撰文 | 王聪
编辑 | nagashi
排版 | 水成文
地球生命进化中具有里程碑意义的事件之一就是被子植物(也叫做有花植物)的出现,但被子植物的出现却一直是是个谜团,也让进化论之父达尔文倍感困惑,甚至将其称为“讨厌之谜”。
1897年,达尔文在给植物学家 Sir Joseph Dalton Hooker 的一封信中首次谈及了“讨厌之谜”(abominable mystery)。
这个所谓的“讨厌之谜”指的是,古生物学研究发现,被子植物(有花植物)在距今约1.2亿年的白垩纪地层“突然出现”,而这似乎违背了进化论的观点,因此达尔文称之为“讨厌之谜”。这也成了古植物学中的一个重大科学问题:地球上的早期被子植物是如何起源和快速分异的?
2021年5月26日,中国科学院南京地质古生物研究所史恭乐等在国际顶尖学术期刊 Nature 发表了题为:Mesozoic cupules and the origin of the angiosperm second integument 的研究论文。
史恭乐等人发现了大量保存完好的距今1.26亿年前的早白垩纪时期的植物化石,为被子植物的起源提供了新的洞见。与其他植物化石的比较显示,这些与被子植物有近缘关系的化石植物在生殖结构上具有多样性。并进一步证明了被子植物并非“突然出现”。许多植物创新伴随着被子植物而出现,并促使被子植物迅速崛起,在全世界陆地和许多水生生态系统中占据主导地位,这些创新包括作为生殖器官的花和作为植物胚特殊营养组织的胚乳。
此外,被子植物和裸子植物都能够产生种子,这些种子为发育中的胚提供了保护。这使种子植物能够真正征服陆地环境,超过其他不产生种子的苔藓和蕨类植物等陆地植物。而且种子还通过提供重要的食物来源在人类生存中发挥着核心作用。
所有裸子植物的种子只有一个保护层,也就是珠被,而被子植物的种子则有两个保护层——外珠被和内珠被。裸子植物的珠被与被子植物的内珠被相对应,那么被子植物的外珠被就成了明确被子植物起源的一个关键。
研究团队对这几百份保存异常完好的植物样本进行了解剖学分析,这些样本来自中国内蒙古新发现的泥炭化石,这些化石可追溯到早白垩纪(1.256亿年前)。
通过将这些已绝灭的种子植物与国际化石收藏中可能与之有亲缘关系的中生代(约2.52亿到6600万年前)化石植物进行比较,揭示了它们的生殖器官具有与被子植物生殖器官(花)相似的特征——尤其是向后弯的壳斗。种子的进化
研究人员对大型种子植物数据库开展了系统发育分析——相当于构建一个植物系统发育树。分析结果进一步突出了这些形态学和解剖学上的共性,显示了这些化石植物与现代被子植物具有很近的亲缘关系。
上述结果表明,这些被作者称为被子类植物(angiophyte)的植物有一个与众不同的被子植物祖先,这个祖先可追溯到中生代以前,比花朵在早白垩纪或中白垩纪的出现还要早很多。
这些被子类植物一定程度上回答了被子植物和它们的花朵的起源问题。但其他谜团仍然存在,包括子房的起源,子房最终发育成果实,可以说子房的出现改变了我们的星球,对人类的生存至关重要。还需要弄清楚被子植物花朵中雄蕊的起源,以及被子植物特有的胚乳的起源。这些谜团都需要更多的化石来确定。
值得一提的是,该研究中的这些被子类植物化石并非是最近新发现的,而是一个世纪前收集的,之后一直存放在博物馆中,直到最近才被史恭乐等人重新发现并研究。
长期以来,人们认为这种基于化石的研究发现必须要古生物学家现场发掘,但是,这篇 Nature 论文告诉我们,哪些关键性化石或许并不需要发掘,它们可能正躲在世界各地的化石收藏中,只待一个科学家去打开装着它们的抽屉。
参考链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03598-w
https://www.nature.com/articles/d41586-021-01347-7
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