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花儿为什么这样开?“始祖花”或许能告诉我们

中国生物技术网  · 公众号  · 医学  · 2017-08-04 12:56

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原创编译,转载请注明来源!

花儿为什么这样开,你想过吗?在地球上,开花植物,或者说被子植物,已 超过30万种, 占据了所有陆地植物90%的数量,从小小的勿忘我到华丽的木兰科植物。

勿忘我

木兰科

虽然开花植物被认为出现在1.4亿至2.5亿年前,但是现在并没有发现超过1.3亿年的开花植物化石,这就使得弄清楚最初的花朵长成什么样子是一件非常困难的事。

法国巴黎南方大学的进化生物学家Hervé Sauquet是该研究的第一作者,他领导的36人团队花费了6年时间,分析了几乎每种开花植物的解剖学证据,以确认它们最原始的特征。他说:“我们几乎不知道花朵是如何进化的,而这对于花朵的生态作用以及植物对地球的作用都是非常重要的。”

开花植物进化的问题也困扰过达尔文,他将开花植物多样性称之为“恼人之谜”。

现在Sauquet团队找到了解决这个谜题的关键线索,即花朵祖先的结构。

该研究已发表在《Nature Communications》上(点击左下角阅读原文),研究团队基于792种植物的基因数据构造了开花植物的家族树,并绘制出了花朵的结构特征。

为了追溯花朵的进化,这项新研究利用了连接所有开花植物种类的进化树。

图像来源:论文

然后,研究团队在家族树上的分支点都构造了花朵结构,并追溯回去,以确定所有开花植物最后共同祖先的花朵长什么样子。他们使用不同的方法建立家族树,并重复追溯过程,以确定结果是成立的。

他们最终得到了一个非常精美的花朵,拥有向上翘的花瓣。Sauquet说:“我们推测这就是所有开花植物的共同祖先。”

图像来源:论文

上图这个花朵精致地绽放着,由三个一组卷曲的花瓣组成,看上去就像莫奈的画一样。事实上,科学家们认为这是所有现存相似花朵的共同祖先。

与大部分当代花朵相同,这个花朵的祖先也拥有雌性和雄性部分。剑桥大学植物系统与进化学教授Beverley Glover说,这项发现非常令人兴奋,因为现在还有一个存活的物种来自于被子植物家族树的早期分支。然而,这个名为无油樟的物种的雌性和雄性花朵是分开的。

无油樟

该研究还揭示出,花朵祖先的雄蕊、花瓣、花萼(花瓣状的保护部分)的排列方式不是螺旋的,而是以被称为轮生体的同心圆形式排列,每一层拥有三个花瓣或者花萼。

Sauquet说,颠覆了一个长期存在的观点,即早期花朵拥有螺旋状的结构,而在后来成为了现在的轮生体结构。他说:“我认为,很多人最开始并不相信我们。”

这个模型还表明,花朵祖先的每个器官可能拥有三到四个这样的轮生体结构,但是现存的花朵拥有的轮生体数量要比这个少。Sauqet说:“要成为现在生存的花朵非常简单,只要去几个轮生体就可以了。”他补充说,对于具有完整功能的花朵来说,只要有一个花萼轮生体用于保护,用一个花瓣轮生体吸引传粉者就足够了,拥有更多的轮生体其实是一种资源浪费。

他说,轮生体数量的减少或许改变了花朵的结构,使授粉更加高效,比如,像蜜蜂这样的传粉者更加容易接触到花朵。

Glover说:“我们仍然需要一些时间才能弄清楚这到底是怎么发生的。”

但并不是所有人对这项研究都很热情。康奈尔大学的植物学家William Crepet说,虽然他对该模型及结论有保留意见,但是这项研究还是很有意思的,并且提出了一些关于开花植物祖先的问题。

Glover认为,这项发现只是一些假设,但是这项研究利用了大量的数据,所以它仍然是目前最好的成果。

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