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科学家揭开远古开花植物横空出世之谜

2006-11-18 23:03 沙远志 美国《探索》杂志 阅读 0
核心摘要: 美国《探索》杂志报道了开花植物在远古时代横空出世的奥秘。约1.4亿年前,开花植物突然出现并取代孢子植物,其成功归因于更高效的有性繁殖和种子结构。种子包含胚乳、保护层和胚胎,类似陆地动物的硬壳蛋,使植物能在干燥气候中繁衍。种子还发展出多种传播方式,如倒钩、油质体等。人类对种子的利用进一步推动了其传播。植物学家通过“千年种子银行”保存濒危植物种子,以研究其繁殖机制。

美国《探索》杂志最新报道《花儿的力量》揭示了远古时代开花植物为何能横空出世。约3.6亿年前,在开花植物的“祖先”进化之际,世界由通过孢子繁殖的蕨类植物统治。1.4亿年前左右,开花植物突然出现并最终脱颖而出,其出现原因至今仍是达尔文所称的“一个令人厌恶之谜”。

今天,孢子植物仅占所有陆地植物的3%,原因直到17世纪才被揭开。当时,博物学家纳希米阿·格鲁(Nehemiah Grew)利用显微镜对开花植物结构进行研究,发现植物的根本在于有性繁殖。开花植物之所以茁壮成长,是因为它们比孢子植物更善于有性繁殖,而它们拥有的致命武器之一是称为种子的维管束。

在Firefly Books出版社新近出版的《种子》一书中,英国克佑区皇家植物园的植物学家沃尔夫冈·斯塔佩(Wolfgang Stuppy)和视觉艺术家罗布·克塞勒(Rob Kesseler)对植物有性繁殖的复杂性进行了剖析。在大多数植物产籽之前,花粉必须控制花的专门入口,使卵细胞受精。随后,对生成的胚胎进行生产、养育、储存和分散。开花植物进化出受保护的“三组织”种子设计,即胚乳(营养组织)、保护层(硬质种皮)以及胚胎本身,每个组成部分都从受精植物的独特组织中产生。

斯塔佩将开花植物的种子进化过程比作陆地动物硬壳蛋的出现。动物在海洋中时,通常在水中排卵和射精,而硬壳蛋使它们能在干燥陆地上繁殖。同样,约2.5亿年前,当地球进入更寒冷、更干燥的气候时,与早期在潮湿沼泽地繁殖的孢子植物相比,开花植物具有明显优势。

种子植物还发展出多种传播方式。有些种子长出细倒钩以勾住动物,有些长出油质体诱使蚂蚁搬运,其他种子则借助风或水传播。人类对种子的喜爱也导致新的传播方式,数千年前人们开始收集和种植营养丰富的种子,如玉米、小扁豆、燕麦等。现代农业使某些种子获得巨大成功,如美国平原的小麦。同时,斯塔佩等植物学家为克佑区皇家植物园“千年种子银行”收集种子,该银行是储存濒危植物品种的国际仓库。斯塔佩写道,尽管多样性已丧失,但每种消失的植物都提供种子工作原理的线索:“它们的有性繁殖方法即便在今天看来也十分复杂,科学家并未完全理解其繁殖方式的原因。”

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