一朵約1500萬年前的花，能讓我們接近花朵演化的真相嗎

張曄

雍容華貴的牡丹、冰肌玉骨的水仙、出淤泥而不染的荷花......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(gè)世界級(jí)科學(xué)難題之一。植物學(xué)界推測認(rèn)為，花是一個(gè)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?cè)谝粔K約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。化石清晰地呈現(xiàn)出該花是一個(gè)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(jià)值，主要是由于婀娜多姿、顏色艷麗的花瓣。花瓣也成為區(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(gè)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(duì)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。”王鑫告訴科技日?qǐng)?bào)記者。對(duì)植物學(xué)稍有了解的人還會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)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(huì)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(shí)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。現(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(gè)基因的控制，大致分為控制花萼、花瓣和花蕊的三類基因，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)》雜志上刊發(fā)論文，他們稱發(fā)現(xiàn)了一種距今約1.25億年的開花植物化石，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(gè)長軸上，看起來像一棵水草。

王鑫告訴記者：“很久以來，植物學(xué)界認(rèn)為，花是一個(gè)縱向壓縮的枝，但是一直找不到相關(guān)的化石證據(jù)。僅有一個(gè)古果，還不能描述完整的花朵演化史，所以難免有人對(duì)之前的猜測將信將疑。”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?cè)诩s1500萬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。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(gè)器官，上下依次生長在一個(gè)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(gè)包含4個(gè)藥室的花藥。丁氏花屬于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。

“雖然丁氏花年代較晚，但是它的獨(dú)特形態(tài)首次表明，幾百年來人們對(duì)于花的本質(zhì)的猜想，可能是合理的，即花是一個(gè)縱向壓縮的枝。”王鑫說道。

（選自2020年10月25日《科技日?qǐng)?bào)》，本刊有改動(dòng)）