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国际知名期刊：开花植物花朵塑造了地球

2022-11-03 13:08

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

近日，中国生物多样性保护与绿色发展基金会（简称中国绿发会，绿会）国际部从国际知名期刊获悉，花朵塑造了地球。绿会国际部现将该文整理编译如下，供感兴趣的读者参考和了解。

（图源:ILLUSTRATION S.LECLERC - SHUTTERSTOCK x7 - M.TUMELAIRE）

恐龙和开花植物有什么关系？前者已经将世界主宰之位让给了后者！6600 万年前，一颗陨石的坠落让地球上的生命发生了翻天覆地的变化。这就是鲜花改变地球的方式。

大约在6000万年前，开花植物征服了世界。直到那时还很谨慎，它们突然在潮湿的森林的各个层面上绽放了它们的颜色，将它们的雄蕊呈现给了越来越多的昆虫，并将它们的果实提供给无数的动物。在各大洲，它们支持现代动物群的出现，塑造了地球的景观，甚至很可能扰乱了人类的命运……鲜花赋予了今天的地球的面貌。

我们在这里谈论的是一场真正的革命，为了衡量它，让我们回顾一下。想象一下没有鲜艳色彩的大自然，遍地都是绿色和棕色......地面上种满了蕨类植物，直立着针叶树的树干。光广泛地穿透到这些开阔的森林中，但寂静笼罩着：从-145 到-6600 万年前的白垩纪森林，很少在鸟儿的歌声或昆虫翅膀的拍打下振动。

在这片荒凉的土地上，恐龙至高无上。但是一场巨大的动荡正在酝酿中……奇怪的植物悄悄地出现在了灌木丛中。它们被赋予了一个非常有针对性的繁殖系统和一个强大的效率来利用太阳光——确保它们成功的武器。英国布里斯托大学（université de Bristol）的古生物学家迈克尔·本顿（Michael Benton）说：“我们称之为被子植物革命。”在2021年底发表的一篇文章中，研究人员和他的团队描述了导致这些开花植物主宰地球的一连串事件。今天，大约有300,000种，占超过90%的陆生植物。

开花植物年表

花在植物史上出现较晚：在第一批陆地植物3.3亿年后！但它们很快就覆盖了地球…

-4.7亿年来，地球上的植物

它们可能来自绿藻，但仍然是孤立的孢子，或形成两个或四个孢子群。

-3.4亿年：种子植物诞生

它们有卵，但没有球果或果实。这些叶子类似蕨类植物的大小从小灌木到树不等。

–1.4亿年：第一朵花盛开

花卉革命开始了。后者集中了它们的性器官，并从高能量效率中获益。

–1.3亿年：第一批开花植物化石

在伊比利亚半岛发现的蒙特塞克藻（Montsechia vidalii）是迄今为止发现的最古老的开花植物。

-9900万年：授粉进展顺利

在开花植物的出现下，80%的昆虫群出现在白垩纪（在-145到-65 Ma之间），包括许多传粉者。

-6600万年：奇克苏鲁布陨石坠落地球

开花的植物会喜欢的！它们很快就会多样化和繁殖，占植物化石记录的80%以上。

-6500万年：热带雨林

90%以上是开花物种！今天，50%的陆地动植物生活在这些盛开的地区。

–3000万年：草原和草原延伸

到目前为止，禾本科植物，开花植物，如小麦或棉花的祖先，正在适应它们。

-10000年：智人发明农业

在智人和他的祖先以采集水果为食之后，智人养开花植物，甚至培育它们，选择重新播种的物种。

这一切都始于近1.4亿年前。正是在这个时候，被子植物科的第一个代表开花植物应运而生。2017年，当时在南巴黎大学（université Paris-Sud）的植物学家埃尔维·索盖（Hervé Sauquet）通过比较近800种现有植物的遗传密码，并利用积累的关于某些基因在其外观中的作用的知识，绘制了一幅可能的画像。结果：花朵的祖先一定有10多个花瓣，每3个一圈排列。在这些花瓣之上，出现了携带花粉的雄蕊，以及包裹着未来种子的雌蕊。

性器官的集中也是开花植物最显着的特征之一——子房的存在，这是容纳胚珠（未来种子）的腔，在受精后会长出果实。这种组织确实促进了昆虫授粉，被大多数被子植物利用。昆虫、蜜蜂、黄蜂和其他蝴蝶被花朵所吸引，致力于通过富含蛋白质的花粉和甜美的花蜜受精。因此，它们会用花粉覆盖自己，然后将花粉沉积在所访问的下一朵花的雌蕊上，并施肥。

（图源：M.KONTENTE – D. FLORENTZ -B. GOMEZ, D. DILCHER ET AL.）

这大概就是百花之母的样子吧！它一定有超过10片花瓣，上面覆盖着雄蕊，然后是子房，全部排列成3圈。另一方面，它的颜色和形状仍然未知……

增加施肥能力

这种生殖系统对植物来说是昂贵的。它必须制造许多复杂的化学分子，以显示它的颜色，呼出气味并生产花蜜，以吸引它的伴侣。它还必须保护自己免受寄生虫的侵害，它也不会不吸引寄生虫。然而，这种策略大大提高了植物的受精能力，到目前为止，植物的花粉还依赖于风。

(图源：M.KONTENTE – D. FLORENTZ -B. GOMEZ, D. DILCHER ET AL.)

不可避免地，这种合作的发展也是传粉媒介的跳板。

迈克尔·本顿强调说：“被子植物的出现伴随着许多昆虫群体的生物多样性的扩大。通过重建基因组的进化，系统发育学家估计80%的现代昆虫物种出现在白垩纪：膜翅目——蚂蚁、蜜蜂、黄蜂——以这些花卉的花粉和花蜜为食；蝴蝶获得了适应它们最喜欢的花冠的长鼻；由于这些植物的代谢过度活跃，土壤中氮含量的增加有利于蟑螂。而且，后来，蝙蝠和鸟类也开始了这种授粉冒险尝试。

来自巴黎国家自然历史博物馆的系统学、进化、生物多样性研究所的马克—安德烈·塞洛斯（Marc-André Selosse）说：“实际上，被子植物优势的故事更像是整个食物网的兴起，其中包括被子植物、昆虫、共生根真菌以及所有参与种子传播的动物和果实。”

这是首个授粉痕迹，2019年在缅甸被发现和被研究的缅甸访花花蚤（Angimordella burmitina）是一种小型甲虫。鉴于其形状和一些口腔特性，它无疑是一种传粉媒介。当它被困在琥珀中时，它携带着62颗花粉粒。

惊人的能源效率

为了进一步确保这一成功，被子植物受益于非凡的能源效率。化石记录显示，在整个白垩纪，叶子的叶脉密度增加了一倍，而气孔的密度增加了十倍！

这些结构在新陈代谢中起着关键作用。更密集的静脉支撑着宽阔的叶子，呈现出一个大的表面来捕捉光线。它们还最重要的是确保水和树液的运输。数量更多，因此它们可以为叶子带来更多的水分和营养物质，这些水分和养分被泵入土壤。

气孔是该泵的马达：水以蒸汽的形式从气孔中逸出，二氧化碳也通过这些气孔进入，这是植物生产有机物的原材料。迈克尔·本顿惊叹道：“开花植物可以比针叶树捕获更多的太阳能，而这种额外的能量在整个生态系统中循环。”结果：在被子植物的推动下，生活在大陆上的物种数量实际上已经爆炸式增长。在白垩纪，陆地物种的数量可与海洋相媲美，而今天则多出10倍！

这种权力逆转是如何发生的？似乎有一声巨响，一个特别关键的时刻：白垩纪-古近纪危机。6600万年前，一颗直径超过10公里的巨大陨石坠入现在的墨西哥尤卡坦半岛。它引起的火灾和它释放到大气中的灰尘会导致物种的大规模灭绝。非鸟类恐龙，即除了导致现在的鸟类的群体之外的所有恐龙都消失了。但不是被子植物：对它们来说，灾难是一个真正的机会。

来自生态学、系统学和进化实验室（巴黎-萨克雷大学）的苏菲·纳多（Sophie Nadot）评论道。“人们可能会认为，不会移动的植物是特别脆弱的生物，”但它们非常有弹性。它们的种子可以在等待有利条件发芽的同时被埋藏多年，或者通过风或海洋携带传播数千公里，并在新环境中定居。

(图源：NANJING INSTITUTE OF GEOLOGY AND PALAEONTOLOGY – SHUTTERSTOCKx2- UNIVERSITY OF BRISTOL)

不可抗拒的扩张

灾难发生后不久，在一片时而焦黄的土地上，在尘土依旧昏暗的天空下，开花植物以最快的速度重新占据了其他植物留下的生态位。它们生长，扩散。美国国家自然历史博物馆的古植物学家达里奥·德·弗朗切斯基（Dario De Franceschi）透露：“大群的被子植物已经出现，但在科内物种的多样化和增殖之前存在延迟。在60到5000万年前，出现了与现在的被子植物物种相似的形式。”

作为证据，化石记录被开花植物覆盖！在灾难发生之前，它们只占所发现植物种群的不到5%；之后，它们成为多数，占比超过80%。

此时，形成了现代热带雨林，由超过90%的被子植物组成，现在包含地球上一半以上的生物多样性。巴拿马史密森尼热带研究所的植物学家卡洛斯·贾拉米洛（Carlos Jaramillo）描述道：“这些森林是一个非常复杂的生态系统。它们的树冠是封闭的，即最高的树木的上部树枝相互接触。然而，在树冠下，所有空间都被占用了。”由于它们能够捕捉最轻微的光线，它们生长并为昆虫、蜘蛛、哺乳动物、有袋动物和鸟类提供庇护和掩护。根据迈克尔·本顿的说法，地球上至少有795,000种昆虫、110,000种蜘蛛、15,000种蜥蜴、鸟类和哺乳动物或多或少完全依赖于被子植物。或多或少50%的所有动植物物种！