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最早的果實(shí),是讓達(dá)爾文頭疼的難題

 零壹貳012 2021-11-18

時(shí)間是埋沒一切的沙粒。歷史埋藏在沙丘之下,在更長的時(shí)間里化為齏粉,了無痕跡。

生命因此顯得如此不同。生命產(chǎn)生各種生命現(xiàn)象,在足夠長的時(shí)間里留下遺留上億年的片羽痕跡。更重要的是,生命會(huì)繁殖、擴(kuò)散,不斷產(chǎn)生后代,基因在其中流轉(zhuǎn),綿延不絕。因此,人類探尋地球的歷史時(shí),曾經(jīng)的生命是最重要的線索。而生命的痕跡,或者本身的形態(tài)因?yàn)楦鞣N機(jī)緣被保留下來的,則成為化石。這些化石被砂石沉積一層層覆蓋,在地質(zhì)運(yùn)動(dòng)中被埋藏。而隨著時(shí)間一層層沉積的砂石本身,就相當(dāng)于給化石加上了時(shí)間的標(biāo)尺。

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遼寧古果化石 | Shizhao / Wikimedia Commons

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未解的謎題

在科學(xué)肇始發(fā)端,但人類對(duì)基因、DNA和同位素定年法一無所知的時(shí)代,化石幾乎是了解過往生命的唯一手段。諸多化石的發(fā)現(xiàn)和研究最終動(dòng)搖了神創(chuàng)論的無上權(quán)威。也正是查爾斯·達(dá)爾文乘坐小獵犬號(hào)旅行,對(duì)生命以及生命的化石形態(tài)的發(fā)現(xiàn)和觀察中,偉大的演化論逐漸成型。

達(dá)爾文一生一直在思考的一個(gè)“惱人之謎”(abominable mystery,見于達(dá)爾文1879年7月22日給約瑟夫·道爾頓·胡克的信),就是有花被子植物的起源。

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

我們生活的世界里,大部分植物在一生某個(gè)時(shí)間段會(huì)開花、結(jié)果,種子被一層封閉的“果皮”包著,它們被稱為“被子植物”。在達(dá)爾文的時(shí)代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn),幾乎所有的被子植物化石物種,都從白堊紀(jì)晚期的地層之后“突然”出現(xiàn)——在這些地層之前的植物化石,幾乎都無法被認(rèn)定為被子植物。在演化論中,物種的起源和演化都是漸變的,需要代際和時(shí)間積累,這個(gè)“突然”,給了早期演化研究者極大困惑。與達(dá)爾文同時(shí)代的很多植物研究者借此攻擊進(jìn)化論,聲稱被子植物的花依然是“上帝的造物”。

達(dá)爾文的《物種起源》發(fā)表至今過去了162年。進(jìn)化論經(jīng)歷了波瀾壯闊的發(fā)展和更新,最終成為了現(xiàn)代生物學(xué)的基石,進(jìn)化在堅(jiān)實(shí)的證據(jù)下成為無可爭議的事實(shí)。

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研究人員在遼寧尋找化石 |  Wang and Zhou / The Jehol Fossils (2008)

但對(duì)于被子植物早期起源,那個(gè)“惱人之謎”,我們依然所知甚少, 1.2億年往前的被子植物化石依然難以尋覓。

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證據(jù)確鑿的被子植物

上世紀(jì)80-90年代,在中國遼寧出土的大量早白堊紀(jì)的古鳥類和爬行動(dòng)物化石吸引了世界的目光。1990年,完成了在英國的博士后研究、來到東北的古植物學(xué)者孫革,在黑龍江的雞西地區(qū)考察中意外發(fā)現(xiàn)了十幾塊植物化石,經(jīng)過判斷,他們認(rèn)定這是早白堊紀(jì)的被子植物。

孫革和他的同事們決定在東北繼續(xù)尋找植物化石,這一找就是6年。1996年,孫革發(fā)現(xiàn)一塊化石上有如蕨類植物的枝葉,其實(shí)是螺旋狀排列的四十幾枚類似豆莢的“果”,他按捺激動(dòng)繼續(xù)觀察,發(fā)現(xiàn)這些果中間還包覆著幾粒種子。

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研究人員在遼寧尋找化石 |  Wang and Zhou / The Jehol Fossils (2008)

種子被稱為“心皮”的結(jié)構(gòu)包裹著,這是無可爭議的被子植物結(jié)構(gòu),也是無可爭議的被子植物化石。根據(jù)地層定年,這一發(fā)現(xiàn),把被子植物的起源時(shí)間前溯到了白堊紀(jì)早期或侏羅紀(jì)晚期。

孫革和發(fā)現(xiàn)者們再接再厲,接下來的兩年時(shí)間,他們在發(fā)現(xiàn)地附近采集了1000多塊伴生的植物化石,以及8塊同樣的被子植物化石。1998年,這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表于Science雜志,他們?yōu)檫@些植物取名為“古果”(Archaefructus),最初發(fā)現(xiàn)的化石植物學(xué)名為“遼寧古果”Archaefructus liaoningensis)。他們將古果定位為此前發(fā)現(xiàn)的所有被子植物的姐妹群,也就是最早與其它所有被子植物祖先分道揚(yáng)鑣。

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古果屬植物的復(fù)原圖 | Taylor et al. / Paleobotany (2009)

遼寧古果的發(fā)現(xiàn)把被子植物起源的時(shí)間往前推了,也意味著被子植物分化、爆發(fā)其實(shí)并沒有達(dá)爾文時(shí)代人們推測的那樣短和“突然”。但是“惱人之謎”本身并沒有終結(jié)。

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仍待解答的惱人之謎

上世紀(jì)60年代之后逐漸成熟的分子生物學(xué)技術(shù),讓科學(xué)家終于可以利用現(xiàn)存生命這一時(shí)空膠囊,去探索古代生命的秘密。通過現(xiàn)存生命的DNA,就可以建立起系統(tǒng)發(fā)育樹作為框架,用化石標(biāo)定年份成為“分子鐘”,去探索物種演化和時(shí)間之間的秘密——如果打個(gè)比方的話,就是我們無法親眼見到一個(gè)遠(yuǎn)古巨獸,但通過巨獸遺留的骨骼和骨骼之間的組成關(guān)系(也就是植物DNA建立的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系),我們完全可以建立模型,推算出巨獸的大小。

2019年,中科院昆明植物所李德銖團(tuán)隊(duì)用2881個(gè)被子植物物種的質(zhì)體基因組構(gòu)建了覆蓋絕大多數(shù)被子植物類群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,將現(xiàn)生被子植物起源時(shí)間提前到了兩億年前的中生代三疊紀(jì)晚期,依然遠(yuǎn)早于最早的被子植物化石記錄。這一研究將問題用堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)擺了出來:中生代早期的被子植物化石存在巨大的空缺。

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遼寧古果的化石 | Taylor et al. / Paleobotany (2009)

為什么至今沒有三疊紀(jì)至早侏羅紀(jì)證據(jù)確鑿的被子植物化石被發(fā)現(xiàn)?這些古被子植物究竟去了哪里,而竟然在上億年的時(shí)間里留下了這么大的空白?

近年來有不少聲稱為最古老的被子植物化石被發(fā)現(xiàn),但多數(shù)引發(fā)了劇烈的爭議和質(zhì)疑,“惱人之謎”依然隱藏在迷霧中。關(guān)于遼寧古果卻有了更多新的研究進(jìn)展。比如它存在的時(shí)間被重新定為1.24億年左右,比此前認(rèn)定的1.45億年晚了一些;遼寧古果從形態(tài)上看很可能是水生植物,而古植物學(xué)家們普遍認(rèn)為最早的被子植物可能不會(huì)是水生植物,因此有學(xué)者將遼寧古果的系統(tǒng)學(xué)位置重新錨定,認(rèn)定為睡蓮祖先的近緣植物。遼寧古果的果實(shí)結(jié)構(gòu)也有不同的解讀:它那長長的結(jié)著“果莢”的結(jié)構(gòu),也許不是長長的果而是果序……

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白堊紀(jì)晚期,植物世界欣欣向榮 | Karen Carr / Australian Museum

但所有這些研究,都未能推翻的一個(gè)事實(shí)是,這依然是人類至今發(fā)現(xiàn)的、時(shí)間定年最早的、無可爭議的被子植物化石。

早白堊紀(jì)的那個(gè)湖邊,一朵花開了。

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