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雾色清晨
四顾何茫茫，东风摇百草
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| 刹那花开——追寻开花植物的起源 上一篇 下一篇 | |||
| 发布者：王艳红 | 浏览(7282) 评论 (13) | 发布时间：2006-06-16 13:43:42 最后更新时间：2006-06-16 13:43:42 | |||
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繁花深草满泥尘，已放郊原浩荡春
新喀里多尼亚岛上一种不起眼的小灌木，可能是进化史上重要的“缺环”，连接着如今所有的开花植物与它们未知的共同祖先。这将帮助人们理解，1亿多年前的大地上为什么突然间繁花盛开。
没有什么繁华是永世不变的，即使它曾经持续上亿年。恐龙行走在大地上的时候，与爬虫们一同称霸陆地的植物，不再是曾经在古生代繁盛一时的蕨类，而是最早学会通过种子繁殖的植物——祼子植物（顾名思义，它们的种子祼露在外面，没有果实的保护）。松柏、水杉、银杏、苏铁（铁树），还有它们许多已灭绝的亲族，形成了中生代茂密的森林。
然后，就像恐龙的地位被哺乳动物取代，祼子植物也在白垩纪衰落下去了。不过它们到今天还剩下800多种，比恐龙彻底灭绝要强些。取代它们覆盖大部分陆地的，是后来居上的被子植物（种子外面有着包被，因而得名）。如果你觉得这个名字有点陌生，那么它有一个更容易理解也更美丽的版本：开花植物。祼子植物不会开花，花朵是被子植物独有的生殖器官。
难解之谜
哺乳动物的兴起与开花植物的繁盛密切相关。人类有充分的理由重视和喜欢鲜花：绝大多数可以吃的植物都是开花植物，苹果和西红柿、大米和麦子，都是花谢后结出的果实。开花植物还提供许多纺织原料、药材和木材。有一些花朵什么实用的东西也不提供，只凭它们本身的颜色和香气令人愉悦。
中华古果复原图
化石记录中全球最早的花，可能要算近年来在中国发现的“辽宁古果”和“中华古果”，这两种看上去并不太美丽的植物有着完整的花朵和果实。关于它们生活的年代，有侏罗纪晚期（1.45亿年前）和白垩纪早期(1.25亿年前)等不同说法。不管怎样，科学家们普遍相信，开花植物首次出现在地球上，是1亿多年前的事。
中华古果化石
根据化石记录，开花植物在出现后不久就蓬勃发展，种类迅速增加，大地仿佛一夜间繁花盛开。根据2002年的一次最新盘点，现在地球上共有超过42万种开花植物，超过所有其它植物种类之和，比原先估计的多出十几万种。这还只是科学上已知的种类，推测存在但尚未发现的不在其内。
短短1亿多年间进化得如此千姿百态，开花植物堪称地球生命史或说数十亿年进化战争史中最大的成功者之一——太成功了，以至于查尔斯·达尔文为此感到苦恼。1879年他给朋友约瑟夫·胡克（英国植物学家，皇家植物园“邱园”的第一任园长）写信时，把开花植物的迅速崛起称为一个“讨厌的谜”。
开花植物是从哪些植物进化来的？相比其它类型的植物，它们是不是有什么特别的优势，从而能够以后来者的身份占据了植物进化舞台的主导地位？优点肯定是有的，例如使昆虫帮助自己授粉的能力非常有用。但是否存在这样一个“大秘密”，可以一劳永逸地解开达尔文的谜？
进化树
对研究古代生物的人来说，化石是最确切直接的证据，但只依靠化石是不够的。大自然并无意把它所有的产品都留下几件样本来供某种猿的后代仔细观察，化石形成是非常稀罕的事，埋在地里的化石被恰当的人发现也不见得更容易。
分子生物学为追溯进化史提供了新的途径。通过比较基因组的相同和相异之处，可以确定不同生物之间血缘关系的远近，推测它们的共同祖先生活的年代、模样和进化历程。当然，给几十万种植物排出完整家谱，目前还是无法完成的浩大工程。人们能做的，是研究一些特别有代表性的植物，画出它们的“进化树”。
睡莲在开花植物中有着相当老的资历
2004年2月，英国帝国理工学院和邱园的科学家宣布，他们在前人工作的基础上，通过DNA测序和统计分析把许多小的进化树拼接起来，得到了一棵开花植物谱系的“超级进化树”。这棵树没能把几十万种开花植物全包括进去，但它的379个分支至少是涵盖了开花植物所有的科（科是生物分类法中一个中层的分类级别），使人们可以试着从全局角度来追溯开花植物的进化。
对这棵超级进化树的初步分析显示，正如达尔文所怀疑的，开花植物的成功背后，可能并不存在一个单一的“大秘密”。在进化早期，开花植物的种类（或者说多样性）确实有着爆炸式的增长，但类似的爆发后来还发生过许多次，而且不是每次都遵从同样的规律。
莫奈笔下的睡莲
这意味着，将开花植物的兴盛地归功于昆虫授粉等一个或几个关键原因，是太过简单了。多样性是生物与环境互动的结果，在正确的时候、正确的地方长出正确的植物，才能够正确地发展出丰富的种类。也许不存在一个“大秘密”，而有着许多在不同时候起作用的“小秘密”，比如环境从温暖湿润变成凉爽干燥的时候，开花植物的某些特点使它们比祼子植物有更强的适应力。
雨林下的活化石
1975年，美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的两位学生，将一种小灌木的样本从从南太平洋新喀里多尼亚岛上带回学校植物园。自园长以下的研究人员多方忙碌，费了很大气力才养活了几棵。直到现在，除了新喀里多尼亚岛雨林潮湿阴暗的林下叶层，你还是只能在极少几家研究机构的温室里能找到它。
这种矮小的植物名叫Amborella trichopoda（似乎还没有正式的中文名称），枝叶形状简单，是一种常绿植物。开很小的黄绿色花，雌雄异体（就是说一棵植株要么只开雄花，要么只开雌花），必须通过异花授粉才能结呆子。雄花的雄蕊有着鼓胀的花粉囊，早晨被碰到的时候会喷出一缕细细的黄色花粉。授粉的过程很简单，果子是红色的浆果，每个果实包着一粒种子。
在一般人看来它很不起眼，如果不加特别说明，恐怕很少有人会想把它种在花园里。科学家如此努力培养它的一个原因是，它的模样有很多原始特征，可见是一种古老的植物。人们曾经把它跟木兰归在一类，但现在一般认为它与其它开花植物非常不同，于是在双子叶植物纲（按照种子的胚的叶片多少，开花植物分为单子叶和双子叶两大类）下专门为它建了一个目，这个目下只有一个科，科下面又只有一个属，唯一的物种就是它了。
使它真正受到特别关注的是近年来的基因研究。一个研究小组于1999年在国际植物学大会上说，他们分析了100多种开花植物的亲戚关系，确认这种小灌木是现存的最古老的开花植物。它大约出现在1.3亿年前，是像水杉和银杏一样的“活化石”。在此之前，人们认为木兰或睡莲才是仍然开着的最古老的花。2000年又有一项研究认为，睡莲仍然应该与这种灌木并列第一。
Amborella trichopoda和睡莲这两种外形上完全不相似的植物，到底有着什么样的“辈份”关系？这种并不好看的小灌木，是开花植物家族中仍然在世的唯一最老的长辈吗？2006年5月，美国科罗拉多大学的生物学家William Friedman等人在《自然》杂志上报告说，很有可能是。他和同事用激光、荧光和电子显微镜成像技术观察发现，这种植物有着独特的生殖结构。
在绝大多数开花植物中，雌性生殖器官胚囊中产生卵细胞的部件由3个细胞组成。但Friedman等人发现，Amborella trichopoda的这一部件有4个细胞，多余出一个没有生育能力的细胞。这并不是偶然的畸形，因为所有的样本都是如此。科学家认为，这个多余的细胞可能是祼子植物生殖系统的残余，是早期开花植物激烈进化活动的遗迹。
这是50多年来首次发现一种全新的胚囊构造，意味着Amborella trichopoda可能是一个进化上的“缺环”，连接着如今所有的开花植物与它们尚未发现的共同祖先。这个“缺环”的身份如果得到证实，我们离解开达尔文讨厌的谜又近了重要的一步。新发现还显示，开花植物刚刚出现在地球上的时候，可能是植物进化特别灵活的一个时代，最早的花曾经尝试了许多不同的进化方向。
那么，在欣赏最美的玫瑰和最甜的苹果时，花一点时间来欣赏和感激那精妙的进化过程吧！没有开花植物，也许就没有人类文明的出现，甚至不会有哺乳动物的崛起。当然，鲜花开放的初衷并不是照亮我们的生活。受了利益的诱惑，昆虫采蜜的同时传播花粉，鸟类吃掉果实并把种子带到遥远的地方。在花儿自己看来，人类与虫子和鸟儿大概也没有什么两样。
本文预定发表于《生命世界》杂志
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