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花儿为什么这样红？解读花朵进化奥秘
第一朵花何时在地球上出现？花儿家族为何拥有如此多“千娇百媚”的成员？……这些问题不仅难倒了查尔斯·达尔文，也让很多科学家前赴后继地进行研究，最新发现的一些化石和科研结果对这些问题进行了解答。
 花儿进化史困扰达尔文 查尔斯·达尔文终其一生都喜欢让自己身处鲜花的包围中。10岁时，他观察并且记录下了父亲花园中每一朵牡丹花盛开时的景象。当他拥有了自己的家庭后，他将自己的庭院改造成为一个花花草草的“乐园”，在这里，一直到他去世，他都在同花朵打交道。 然而，尽管达尔文同花儿进行了如此亲密的接触，非常熟悉花儿的习性，但他也在笔记中写到，花儿的进化“充满了神奇的色彩”。 达尔文自己可能也注意到了，开花植物在地球上非常成功。花儿是地球上活着的植物物种大家族中的主要成员，也是世界上大多数生态系统的支配者，同时也是农场的“主要居民”。玉米、稻谷和小麦等开花植物都是人类食物的主要来源。从端庄典雅的玫瑰到幽香扑鼻的兰花再到洁白恬淡的马蹄莲，花儿因其形状和色彩的丰富多样而深受人们的喜爱。 然而，化石记录并没有给达尔文提供花儿早期进化的线索。在达尔文所生活的时代，最古老的开花植物的化石来自于1亿年前到6600万年前之间的白垩纪形成的岩石。古生物学家已经找到了各种各样的开花植物，但是没有发现最原始的开花植物。 1882年，达尔文去世，随后的很长一段时间内，花儿的进化史一直困扰着科学家。但现在，随着一些新的研究成果的出现，科学家对花儿家族的进化史似乎有了更深一步的了解。美国科罗拉多州立大学的进化生物学家威廉·弗里德曼说：“越来越多科学家开始研究花儿，也取得了一些成就，可能会有重大突破。” 新化石的发现让科学家非常兴奋，科学家也在活着的花儿和它们的基因中发现了足够的线索，同时，他们也正在破译不同花儿的植物DNA密码。科学研究表明，千姿百态的花儿同我们的眼睛和四肢一样，采用同样的方式进化：对旧的基因进行重组和改造来适应新的任务。 最近，在花儿同其他植物有何关系的问题上，科学家们众说纷纭。尤其是随着科学家们对植物DNA的研究越来越深入，花儿与植物之间的亲属关系也越来越明晰。加州大学戴维斯分校的古植物学家詹姆斯·多伊尔说：“在这个问题上，科学家们的看法不一样，其中的一些已经被事实驳倒。” 例如，现在我们都清楚地知道，花儿最近的亲属是只结果不开花的植物，包括松树和银杏等。然而，这些植物之间的关系也非常密切，它们同花儿的关系都差不多。 1.36亿年前的花朵小巧简单 可能记载了花儿出现时的最初生命状态的植物在几百万年前或许就已经灭绝。多伊尔说：“只有通过化石才能找到它们。” 在过去的几年里，科学家已经将开花植物的化石记录追溯到了大约1.36亿年前。科学家们还发现了一些神秘的已经灭绝的种子植物的化石，其中的一些植物在看起来有点类似花儿的结构中结出果实。 但是，最令人感兴趣的化石往往也是破碎程度最大的化石，因此，在其中哪些化石可能同花儿的关系最密切这个问题上，古植物学家产生了严重的分歧。 但是，在花儿自身的早期进化这个问题上，科学家们取得了共识。通过研究很多开花植物的DNA，科学家发现，一种名叫互叶梅的灌木是花儿家族最古老的成员。互叶梅仅仅在新喀里多尼亚岛和南太平洋才有。在目前活着的开花植物中，水仙花和八角茴香是仅次于互叶梅的最古老的物种。 如果你能够返回到大约1.3亿年前，你可能对这些最古老的花儿不屑一顾。多伊尔说：“谁也不会想到这些花儿会四处播种，产生后代。” 这些早期的花朵个子娇小而且很少见，生长在长得更加茂盛的无花植物的阴影里。花儿经过几百万年的努力才迎来其全盛时期。大约1.2亿年前，一批新的花儿进化出来，并开始在许多森林里取得统治地位，同时演化出千姿百态。 这批花儿的家族囊括了目前地球上99%的开花植物，从木兰花到蒲公英再到南瓜。花儿品种变得越来越丰富，留下的化石的种类和形状数目繁多，让达尔文也迷惑不已。 从互叶梅开始，所有花儿的基本结构都一样。几乎所有的花儿都拥有花瓣或者类似于花瓣的植物，最原始的花儿可能都像现在的互叶梅一样小巧而简单。 后来，在第六代，花儿变得越来越复杂。在进化中，花瓣开始一圈圈地向外延展，花瓣因此变得越来越大、越来越鲜艳。外圈通常是绿色，这种像叶子一样长出的外圈通常叫做萼片，在花儿处于萌芽状态时，萼片就是花儿的“守护神”。 根据这一最新发现，花瓣与花瓣之间似乎也并不相同。比如说，龙爪树花进化出花瓣的方式同玫瑰花进化出花瓣的方式就不一样。但是，组成花儿的基因似乎表明，情况远不止于此，还有更多的奥秘等待解答。 基因变异让花儿千娇百媚 在上世纪80年代晚期，科学家首次发现了控制花儿生长的基因。现在，科学家正在研究一种名叫拟南芥（科学家将这种植物称为植物界的“小白鼠”）的小型植物。科学家发现，基因突变可能引起奇怪的变化。许多基因变异导致花瓣生长在雄蕊的“地盘”；另外一些基因变异将花瓣的内圈变成外圈的萼片；其他变异将萼片变成叶子。 这个发现具有重大意义，它证实了德国诗人歌德最先提出的一个想法，歌德不仅写出了鸿篇巨制《浮士德》，也认真地研究了植物。 1790年，歌德撰写了一篇在今天看来很有远见的文章《植物形态学》。在这篇文章中，他认为，包括花儿在内的所有植物器官都始于叶子。他写到：“从头到脚，植物刚开始只不过是一片叶子。” 200多年以后，科学家发现，基因变异能够导致歌德所预见的那种巨大的变化。过去的20年间，科学家一直在研究这些基因变异如何在普通的开花植物上起作用。 基因给能够开启其他基因的蛋白质编码来开启或者关闭其他基因。这些基因组合在一起，能够长出拟南芥的花瓣或者其他部分。 科学家正在研究这些基因，以弄清楚新的花儿是怎样进化出来的。他们发现，组成拟南芥的基因也出现在互叶梅等其他物种中，在很多情况下，这些基因在不同的花儿家族中进行复制，这种复制带有一定的偶然性。 然而，找出了组成花儿的基因，并不意味着科学家就知道了它们在花儿成长过程中所扮演的角色。为了回答这个问题，科学家需要进一步研究植物基因，但是，没有植物像拟南芥那样好“摆弄”，因此，相关研究现在才刚刚开始。 耶鲁大学的进化生物学家薇薇安·艾瑞西和同事正在研究怎样“摆弄”罂粟，因为“罂粟花瓣的进化过程并不一样”。 她的团队通过关闭其中一些基因的方式找到了组成花儿的基因。 最终的结果表明，组成罂粟花的基因同组成拟南芥花的基因密切相关。例如，在拟南芥中，名叫AP3的基因控制花瓣和雄蕊的生长。罂粟花中也有相应的基因，叫作古AP3。但是，艾瑞西团队发现，这两个基因的影响不一样。关闭拟南芥的AP3基因会改变花瓣；关闭罂粟花的AP3基因会改变雄蕊。 艾瑞西说，这个结果表明，虽然同类基因控制这两种花瓣的生长，但是，罂粟花上的花瓣与拟南芥的花瓣的进化方式并不一样。 如果艾瑞西的结论正确，花儿将采用和我们自己的眼睛等器官一样的方式进化。例如，我们的腿与飞蛾的腿的进化方式不一样，可能基因是一样的，许多同样的基因进化出不同的腿。 艾瑞西说：“我认为，动物和植物拥有同样的进化策略这一点很酷，尽管它们使用的基因不同。”然而，她对于花瓣的研究只是冰山一角，她说：“在花儿生长的过程中，会发生很多事情。”花儿会进化出新的性别器官。松树有雄球花和雌球花，雄球花位于新梢的基部，雌球花大多数见于主枝的轴端。而花朵的雄性器官和雌性器官则在同一轴线上。 一旦这些性别器官相遇，它们将经历一个人类裸眼看不见的变化，这个变化可能就是花儿在植物界取得支配地位的原动力。 其他专家也同意这种转变的存在，但是，他们并不确信这是否花儿成功的秘密。 弗里德曼解释说，胚乳中拥有一套单个的雌性DNA的简单花儿，比如水仙花等，开始于位于胚囊一端的单个的原子核。随后，原子核分裂，核移动到胚囊的中部变成胚乳的一部分。 后来，玫瑰花或者罂粟花上开始出现变异，单个的原子核开始在囊的一端生长。当原子核分裂时，原子核朝着胚囊的另一端移动，两端的原子核各自分裂，每一端的原子核都移动到中部。 因此，一个简单的复制过程让花儿变得越来越复杂，而且衍生出千娇百媚的各式花朵。 弗里德曼说：“自然界不仅创造出万事万物，而且用最简单的方式创造了奇迹，它们并不艰涩，也不神秘，歌德早已经发现了这一点。”
编辑：Aggie |
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