百余年来,达尔文的生物进化论深入人心,但花朵如何演化是进化生物学家的难解之题,花朵演化之谜被Science列为125个世界级科学难题之一。植物学界认为,花是一个纵向压缩的枝。这得到很多植物学家的认可,也得到现代植物学研究的支持,相关化石证据却一直缺席。

  近日,《古昆虫学》(Palaeoentomology)发表了中国学者领导的中西国际研究团队合作完成的题为《中新世琥珀里的独特化石为花朵演化提供新的启示》的论文。中国科学院南京地质古生物研究所、福建农林大学、西班牙比戈大学、抚顺琥珀研究所的五位学者在论文中报道中美洲多美尼加中新世(2000-1500万年前)琥珀中的花朵化石——五数丁氏花Dinganthus pentamera。该化石命名为丁氏花,是为纪念北京大学原校长、数学家丁石孙(1927-2019)。目前,丁氏花的标本保存于抚顺琥珀研究所。

  丁氏花化石很小,只有3-4毫米,立体保存于多美尼加中新世地层中出产的琥珀中。良好的保存状态和现代先进的微CT技术,使人们可以清晰地观察到花朵的主要特征:连接到花轴上的苞片、花被片、雄蕊和雌蕊四轮器官。该花具有五枚边缘相扣的花被片,十枚向内弯曲的雄蕊,中央是带有弯曲花柱的雌蕊。每枚雄蕊有一个很长的花丝,其顶上有一个包含四个药室的花药。这种花属于较常见的真双子叶植物。

  此前报道过的静子花已把真双子叶植物的历史追溯到大约1亿年前的白垩纪中期,但这些花朵是如何演化而来,却一直缺乏有意义的化石证据证实和支持。丁氏花和普通的真双子叶植物的花的重要区别在于:在一般的花朵中花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊这四轮器官一般都紧密地“挤”在花轴的同一个部位——花托上;而丁氏花中花轴是伸长的,各轮器官之间的间距被拉开,好像这些器官长在一个枝上似的。因此,虽然年代较新,但是丁氏花的这种独特形态首次用化石证据向人们表明:几百年来,关于花的本质的猜想可能是合理的,即花是一个纵向压缩的枝。

  该研究有利于确认关于花朵本质的解读,且有利于理解看似怪异的早期被子植物化石(如辽宁古果、雨含果)。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(B类)和国家自然科学基金的支持。

丁氏花与丁石孙:左图是丁氏花在微CT中的图像,右图是北京大学原校长、数学家丁石孙

丁氏花的三维复原图

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