物种日历 06-11
最早的果实,是让达尔文头疼的难题
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时间是埋没一切的沙粒。历史埋藏在沙丘之下,在更长的时间里化为齑粉,了无痕迹。

生命因此显得如此不同。生命产生各种生命现象,在足够长的时间里留下遗留上亿年的片羽痕迹。更重要的是,生命会繁殖、扩散,不断产生后代,基因在其中流转,绵延不绝。因此,人类探寻地球的历史时,曾经的生命是最重要的线索。而生命的痕迹,或者本身的形态因为各种机缘被保留下来的,则成为化石。这些化石被砂石沉积一层层覆盖,在地质运动中被埋藏。而随着时间一层层沉积的砂石本身,就相当于给化石加上了时间的标尺。

辽宁古果化石 | Shizhao / Wikimedia Commons

未解的谜题

在科学肇始发端,但人类对基因、DNA 和同位素定年法一无所知的时代,化石几乎是了解过往生命的唯一手段。诸多化石的发现和研究最终动摇了神创论的无上权威。也正是查尔斯 · 达尔文乘坐小猎犬号旅行,对生命以及生命的化石形态的发现和观察中,伟大的演化论逐渐成型。

尔文一生一直在思考的一个 " 恼人之谜 "(abominable mystery,见于达尔文 1879 年 7 月 22 日给约瑟夫 · 道尔顿 · 胡克的信),就是有花被子植物的起源。

丰富多彩的有花被子植物 | Alvesgaspar / Wikimedia Commons

我们生活的世界里,大部分植物在一生某个时间段会开花、结果,种子被一层封闭的 " 果皮 " 包着,它们被称为 "被子植物"。在达尔文的时代就已经发现,几乎所有的被子植物化石物种,都从白垩纪晚期的地层之后 " 突然 " 出现——在这些地层之前的植物化石,几乎都无法被认定为被子植物。在演化论中,物种的起源和演化都是渐变的,需要代际和时间积累,这个 " 突然 ",给了早期演化研究者极大困惑。与达尔文同时代的很多植物研究者借此攻击进化论,声称被子植物的花依然是 " 上帝的造物 "。

达尔文的《物种起源》发表至今过去了 162 年。进化论经历了波澜壮阔的发展和更新,最终成为了现代生物学的基石,进化在坚实的证据下成为无可争议的事实。

研究人员在辽宁寻找化石 |   Wang and Zhou / The Jehol Fossils ( 2008 )

但对于被子植物早期起源,那个 " 恼人之谜 ",我们依然所知甚少, 1.2 亿年往前的被子植物化石依然难以寻觅。

证据确凿的被子植物

上世纪 80-90 年代,在中国辽宁出土的大量早白垩纪的古鸟类和爬行动物化石吸引了世界的目光。1990 年,完成了在英国的博士后研究、来到东北的古植物学者孙革,在黑龙江的鸡西地区考察中意外发现了十几块植物化石,经过判断,他们认定这是早白垩纪的被子植物。

孙革和他的同事们决定在东北继续寻找植物化石,这一找就是 6 年。1996 年,孙革发现一块化石上有如蕨类植物的枝叶,其实是螺旋状排列的四十几枚类似豆荚的 " 果 ",他按捺激动继续观察,发现这些果中间还包覆着几粒种子。

研究人员在辽宁寻找化石 |    Wang and Zhou / The Jehol Fossils ( 2008 )

种子被称为 " 心皮 " 的结构包裹着,这是无可争议的被子植物结构,也是无可争议的被子植物化石。根据地层定年,这一发现,把被子植物的起源时间前溯到了白垩纪早期或侏罗纪晚期。

孙革和发现者们再接再厉,接下来的两年时间,他们在发现地附近采集了 1000 多块伴生的植物化石,以及 8 块同样的被子植物化石。1998 年,这一发现发表于 Science 杂志,他们为这些植物取名为 " 古果 "(Archaefructus),最初发现的化石植物学名为 " 辽宁古果 "(Archaefructus liaoningensis)。他们将古果定位为此前发现的所有被子植物的姐妹群,也就是最早与其它所有被子植物祖先分道扬镳。

古果属植物的复原图 | Taylor et al. / Paleobotany ( 2009 )

辽宁古果的发现把被子植物起源的时间往前推了,也意味着被子植物分化、爆发其实并没有达尔文时代人们推测的那样短和 " 突然 "。但是 " 恼人之谜 " 本身并没有终结。

仍待解答的恼人之谜

上世纪 60 年代之后逐渐成熟的分子生物学技术,让科学家终于可以利用现存生命这一时空胶囊,去探索古代生命的秘密。通过现存生命的 DNA,就可以建立起系统发育树作为框架,用化石标定年份成为 " 分子钟 ",去探索物种演化和时间之间的秘密——如果打个比方的话,就是我们无法亲眼见到一个远古巨兽,但通过巨兽遗留的骨骼和骨骼之间的组成关系 ( 也就是植物 DNA 建立的系统发育关系 ) ,我们完全可以建立模型,推算出巨兽的大小。

2019 年,中科院昆明植物所李德铢团队用 2881 个被子植物物种的质体基因组构建了覆盖绝大多数被子植物类群的系统发育关系,将现生被子植物起源时间提前到了两亿年前的中生代三叠纪晚期,依然远早于最早的被子植物化石记录。这一研究将问题用坚实的数据摆了出来:中生代早期的被子植物化石存在巨大的空缺。

辽宁古果的化石 | Taylor et al. / Paleobotany ( 2009 )

为什么至今没有三叠纪至早侏罗纪证据确凿的被子植物化石被发现?这些古被子植物究竟去了哪里,而竟然在上亿年的时间里留下了这么大的空白?

近年来有不少声称为最古老的被子植物化石被发现,但多数引发了剧烈的争议和质疑," 恼人之谜 " 依然隐藏在迷雾中。关于辽宁古果却有了更多新的研究进展。比如它存在的时间被重新定为 1.24 亿年左右,比此前认定的 1.45 亿年晚了一些;辽宁古果从形态上看很可能是水生植物,而古植物学家们普遍认为最早的被子植物可能不会是水生植物,因此有学者将辽宁古果的系统学位置重新锚定,认定为睡莲祖先的近缘植物。辽宁古果的果实结构也有不同的解读:它那长长的结着 " 果荚 " 的结构,也许不是长长的果而是果序……

白垩纪晚期,植物世界欣欣向荣 |   Karen Carr / Australian Museum

但所有这些研究,都未能推翻的一个事实是,这依然是人类至今发现的、时间定年最早的、无可争议的被子植物化石。

早白垩纪的那个湖边,一朵花开了。

古老植物

假柳

地钱

桫椤

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