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变果:早期被子植物多变而有趣的新成员
2020-10-22 | 编辑: | 【

  被子植物起源及其早期演化是植物学家长期以来致力攻克的植物学难题。这个难题的难度如此之大,使之成为Science杂志所列出的125个世界级科学难题之一。解决这个问题其实不难:找化石证据!我国辽西的义县组地层在世界范围内闻名天下,很大程度上就是因为其出产的被子植物化石。最近的关于义县组古植物学研究再次取得新的可喜进展:一个多变而有趣的被子植物化石----变果呈现在世人面前。 

  近期,学术期刊《历史生物学》(Historical Biology)在线发表了中国科学院南京地质古生物研究所王鑫研究员带领的科研团队合作完成的题为《早白垩世包括不同器官的新型被子植物为花朵演化提供新的启示》的论文。来自福建农林大学和南京古生物所的五位学者在文中详细报道了辽宁凌源大王丈子义县组(约1.25亿年前)地层中出产的被子植物化石----凌源变果Varifructus lingyuanensis。凌源变果成为继此前报道的众多被子植物之后,早白垩世义县组被子植物家族的最新成员 

  凌源变果是一个保存为正负面的大型化石。植物保存的部分大约17厘米高,12厘米宽。化石保存了植物末端,包括茎、叶、花蕾、果实等各个连生器官。凌源变果的叶片特征指示凌源变果不可能是单子叶植物。虽然此前义县组的化石植物中曾经报道过类似双子叶植物叶片,但由于其单独保存,其母体植物的属性一直悬而未决。而此次发现的化石的叶片直接和其他器官相连,提供了难得窥视早期被子植物形态的重要窗口。 

  相较此前报道过的义县组被子植物化石,凌源变果的最大特征是突出一个字。一表现在叶片形态:在同一块化石中可以看到两种不同的叶片,靠近化石的基部有两片叶子,它们具有明显的细长叶柄并且叶片深裂为两部分;而与之相对,在靠近顶端果实的叶片缺少明显的叶柄,叶片仅仅在边沿发生凹陷。二表现在分支方式:在同一块化石中,凌源变果既有明显的对生的叶腋分支方式,也有非对生的叶腋分支方式。三表现在果序的形态结构:变果的果序一般都是成对着生,但是这两个相邻的果序却具有不同的形态,一个包括多个果实轮状聚集在一个短而粗的果柄上;另一个则只有一两个果实长在一个细细长长的果柄上。这三个特征的变化范围之大,如果放在一个现代植物中,便很有可能跨越了不同的科属界限。而它们出现在同一棵植物----凌源变果----中,充分说明了早期被子植物在形态上是有很大的可塑性和不稳定性。 

  凌源变果令人惊奇的地方不仅表现她的多变,还表现在她对花朵演化的启示。通过研究发现,同一块化石上的凌源变果的生殖器官处于不同的发育阶段,这为我们了解这个植物的花朵形态和发育过程提供了千载难逢的机会。凌源变果最幼嫩的生殖器官是一个花蕾,顶端呈截形,似乎包裹在花被之中;而凌源变果最成熟的生殖器官是比较成熟的果序,包括两个或多个簇生的果实。由于此前报道过的义县组植物中很少看到类似花被的结构,此次包裹在凌源变果花蕾周围的类似花被的结构是首次显现出了现代意义上的典型的花中最招人喜欢的部分----花瓣----的雏形。这个发现显然对人们了解花的演化具有重要意义。 

  凌源变果的发现在理论上也具有重要意义,其胚珠着生于果实的背缝线上。这一发现不支持教科书中流行的大孢子叶理论。按照该理论,胚珠应该着生在凌源变果的腹缝线上。无独有偶,在胚珠的着生位置这个特征上,凌源变果和此前在义县组地层中发现的早期被子植物化石(包括古果、假人字果)以及美国白垩纪中期的古花是一致的。虽然这些植物特征不支持大孢子叶理论,但是它们却都在新近提出的植物演化一统理论的预料之中。 

  此次凌源变果的研究发现告诉人们,义县组的被子植物的多样性远远超出了当初人们的想象。也许随着研究的深入,中国的化石记录会为人们解决被子植物起源和早期演化提供更多、更加令人惊喜的证据。

  该研究得到中国科学院先导专项B类和国家自然科学基金的支持。 

  相关论文信息:Xuedie Liu, Liang Ma, Bin Liu, Zhong-Jian Liu,Xin Wang, A novel angiosperm including various parts from the Early Cretaceous sheds new light on flower evolution, Historical Biology, DOI: 10.1080/0891263.2020.1825411. 

变果:早期被子植物多变而有趣的新成员

化石全貌

复原图

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