花,被子植物(有花植物)特有的繁殖器官。花有多重要呢?如果你觉得一下子难以回答,我们先来假设这个世界没有花会变成什么样子。
如果这些花都消失了,世界从此将失去颜色!
如果没有了花,南方人爱吃的米饭,北方人爱吃的面食,都将不复存在!
饭都吃不上了,哪里还有水果!
为什么会有花
这个故事要从很久以前说起,久到亿万年之前。如果把植物的精细胞和卵细胞比喻成男孩儿和女孩儿,这个故事讲起来就会容易很多。
植物不像动物一样有手有脚,能跑能跳。在花朵出现以前,男孩儿为了找到女孩儿,已经进行了无数次的努力。
最开始,它们选择了水做为媒介,所以它们只能生活在潮湿有水的地方。但水不太靠谱,明明有时快要牵手成功,却还是无奈被水流带走。
后来它们登上陆地,又选择了风作为媒介。风也不给力,经常东南西北的到处乱刮,导致很多男孩儿在风中迷失了方向。虽然植物父母会倾向于产生更多的男孩儿,但这必然会浪费更多的能量。
最终,植物选择依靠自己,进化出了花朵,被子植物从此登上历史舞台。植物靠花朵的颜色、气味、形态、花粉、花蜜等引诱昆虫,精准高效地将男孩儿带到女孩儿身旁。从此,被子植物开始迅速占领整个地球,从极地到荒漠,从高山到海洋。
花的结构
花托:花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊着生的位置;
萼片:位于花朵外层,负责保护花朵的部分,常为绿色;
雄蕊:花朵的雄性器官,负责产生花粉(含精细胞);
雌蕊:花朵的雌性器官,由柱头、花柱、子房组成,子房内含有胚珠,将来发育成果实和种子。
花朵何时出现 —达尔文“讨厌之谜”
古生物学家们发现,在距今1.1亿年的白垩纪地层中,被子植物突然大量出现。这引起了达尔文的注意。1879年,达尔文在给植物学家的通信里谈及这个问题,称被子植物的突然出现是一个“讨厌之谜”。
达尔文所说的“讨厌之谜”是古植物学中的一个重大科学问题:地球上的早期被子植物是如何起源和快速分异的?
达尔文与其记述了“讨厌之谜”的信件
其实达尔文在白垩纪化石记录中看到的并不是“被子植物起源”,很有可能是被子植物发展到某一阶段的大量爆发,被子植物起源另有其时。
由于大多数被子植物化石都限于白垩纪,使得被子植物看起来似乎是在白垩纪早期突然爆发。但分子钟和系统分析显示,被子植物起源于裸子植物这个过程早在三叠纪(2.45亿-2.05亿年)就已经开始了。但是化石记录的空白使得科学家们很难精确地掌握所有细节。
因此,一直以来科学家们在不断地寻找更早期的化石证据,来了解被子植物的演化历史。
地球上最古老的花 —“南京花”
“南京花”,绽放于侏罗纪早期,距今至少1.74亿年。它是迄今为止最为可信的、地球上最古老的花朵化石,将被子植物的化石记录向前推进了约5000万年。之所以起名为“南京花”,是因为其发现地位于中国南京(南京东郊栖霞山附近)。
它由中国科学院南京地质古生物研究所专家领导的国际科研团队发现,并于2018年12月18日发表在英国著名学术刊物《elife》上。
“南京花”复原图
从“南京花”复原图可以看到,它具有花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊(子房和树状花柱),子房内含有胚珠,是一朵真正的花,这满足被子植物的判断标准。
“南京花”化石剖开后的两面
用肉眼来看,“南京花”凹凸的黑点形态上很像“梅花”。这些“南京花”的平均直径10毫米左右,多有4片或5片花瓣。
“南京花”的启示
“南京花”不仅将被子植物的历史从白垩纪提前至侏罗纪,更直接冲击了传统的被子植物演化理论。
被子植物演化研究中的关键问题就是揭示被子植物的裸子植物祖先中裸露的胚珠是如何被包裹起来的。
在传统理论中,被子植物花朵雌蕊的基本单位—“心皮”,被认为是由长着胚珠的变态叶沿纵轴逐渐内卷而形成,最终将胚珠包裹起来。
传统教科书中,心皮由变态叶逐渐卷合而成。
(若只有一朵花只有一个心皮,心皮即为雌蕊)
而对于现代裸子植物生殖器官的研究表明,所有裸子植物中,胚珠都是长在一个枝性器官上。这对于被子植物心皮的起源具有重要的启示:如果这个长胚珠的枝性器官被其下的叶性器官包裹即可形成所谓的心皮[1]。这种解读被称之为一统理论,支持该理论的解剖学、发育学和基因学证据正在不断涌现。
对“南京花”雌蕊的研究表明,心皮是由长胚珠的枝被叶包裹后形成的,该结果从化石证据印证了一统理论。
“南京花” 叶逐渐包裹枝形成心皮的过程。
(该图片来源于科普中国)
“南京花”的发现仍然存在不少质疑,质疑让真相进一步靠近。但科学探索永无止境,它是一个永恒之谜。
参考资料
[1] 王鑫,刘仲健.侏罗纪的花化石与被子植物起源 [J].自然杂志,2015(6):435-440.
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