達爾文“討厭之謎”在內蒙古揭開

被子植物（有花植物）是植物界最進化、種類最豐富的植物大類羣，在現今陸地生態系統中佔據主導地位。被子植物的起源和早期演化一直都是演化生物學中最重要的科學問題之一。

被子植物化石在1億多年前的白堊紀地層中突然大量出現，似乎與進化論的觀點“生物演化是漸進的”相悖，達爾文對此感到困惑不解，稱之為“討厭之謎”。

近日，南京古生物所史恭樂研究員領銜的由中、美國際團隊，在我國內蒙古發現了一個特異埋藏的早白堊世植物化石羣，發現被子植物（有花植物）的祖先類羣早在距今約2.5億年前就已經出現，為解決被子植物的起源問題提供了關鍵性證據。相關研究進展於5月26日在英國《自然》（Nature）雜誌在線發表。

花朵的起源：世界級科學難題之一

被子植物在現今絕大多數陸地生態系統中都佔據主導地位，是人類賴以生存的地球生態環境中最重要的組成部分，並與人類的衣食住行密切相關。人類吃的食物，織布所用的棉和麻，建築所用的木材，絕大多數都直接或間接地來自於被子植物。

“花作為被子植物的生殖器官，其起源和演化是認識和理解被子植物起源的關鍵。”中國科學院南京地質古生物研究所史恭樂研究員向記者介紹道。花朵是被子植物區別於其他植物大類羣最重要的特徵，要解密被子植物的起源，必須理解花的起源和演化。

被子植物類羣與蘇鐵目、銀杏目、松柏目、買麻藤目共同組成種子植物，其中後4類羣胚珠受精時花粉直接進入珠孔管，也被稱為裸子植物。

既然被子植物與裸子植物有“親緣關係”，那麼裸子植物的花朵的起源和演化能否間接解決被子植物難題呢？

史恭樂介紹説，分子譜系學重建的種子植物系統發育認為，現生裸子植物和被子植物構成姊妹羣，但二者在二疊紀之前就已經分開。

“現生的種子植物很難為我們認識和理解花的起源和演化提供參考。”史恭樂介紹道。因此，只能在已絕滅的種子植物化石類羣中尋找被子植物的近親和祖先類羣，這些類羣中隱藏着花和被子植物的起源和早期演化的線索。

內蒙古化石揭秘被子植物起源之謎

2017年夏，史恭樂團隊在我國內蒙古東部的霍林河盆地發現了一個特異埋藏的早白堊世硅化植物羣（距今約1.26億年）。該硅化植物化石不僅完整地保存了植物器官的三維形態，還保存了植物體組織和細胞的細節信息，正是古植物學研究的理想材料。

被子植物有兩個特徵：一是心皮，心皮是包裹了一個或多個胚珠的雌性生殖器官；另一個為包裹着胚珠杯狀結構殼斗的一個外組織層，它是被子植物不同於其他種子植物的特徵。研究清楚這些特徵最早如何出現，是明確被子植物起源的一個關鍵要素。

通過醋酸纖維膜撕片技術和先進的顯微斷層掃描（CT）技術，團隊重建了化石植物的三維外觀形態和內部解剖結構，並發現已經滅絕的一類種子植物——盔籽。其包裹種子的彎曲殼鬥非常類似於被子植物中的外珠被。

“被子植物的外珠被類似於豌豆的外殼。”史恭樂形象地介紹。裸子植物的種子僅有一層珠被，而被子植物的種子則具有兩層珠被，這被認為是被子植物區別於裸子植物最重要的特徵之一。

基於已發表的種子植物形態數據矩陣和本次研究的新認識，研究團隊又重新構建了一個包括31個分類羣和83個性狀的形態數據矩陣，通過不同方法的譜系發育分析均顯示，包括盔籽植物、開通植物、舌羊齒植物等在內的，具有相似彎曲殼斗的絕滅種子植物是被子植物的近親，並很可能包括了被子植物的直接祖先。而這一大類絕滅種子植物的化石可追溯至晚二疊世，表明被子植物的祖先類羣早在距今約2.5億年前就已經出現，並不是在白堊紀突然出現的。

“被子類植物基幹類羣及其關鍵特徵的識別在一定程度了回答了被子植物和花朵的起源問題。”史恭樂介紹道。同時相關研究是中國古植物學對被子植物演化理論認識的重要突破，為理解被子植物白堊紀之前的演化提供了關鍵證據，部分回答了達爾文的“討厭之謎”。