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先有蝴蝶,还是先有花?

作者:一(yi)群(qun)青(qing)桐(tong) 2021-01-24 浏览: 1,068 评论:0

摘要: 花能给蝴蝶等昆虫提供花蜜,而蝴蝶等昆虫能帮助花朵传粉。那么问题来了:地球上,究竟是先有花还是先有蝴蝶? 曾经,大多数科学家认为花的出现要早于最早的授粉者,蝴蝶和飞蛾之类的昆虫是随花而生的。然而,最新研究表明,早在地球上第一种开花植物出现之前,原始蝴蝶就已经存在...

花(hua)(hua)能给蝴蝶等昆虫提供花(hua)(hua)蜜(mi),而蝴蝶等昆虫能帮助(zhu)花(hua)(hua)朵传(chuan)粉。那么问题来(lai)了(le):地球上(shang),究竟(jing)是(shi)先有(you)花(hua)(hua)还是(shi)先有(you)蝴蝶?

曾经,大多(duo)数科(ke)学家认为花的出现要早于最早的授(shou)粉者,蝴蝶(die)和飞蛾之(zhi)类(lei)的昆虫是随花而生的。然而,最新研究表(biao)明,早在(zai)地球上第一种开花植物出现之(zhi)前,原始蝴蝶(die)就已经存在(zai)了(le)。

正在吸食(shi)花蜜的(de)琉璃(li)小(xiao)灰蝶

图片来(lai)源:维(wei)基百科

先(xian)有蝴蝶还是(shi)先(xian)有花?科学家(jia)是(shi)如何知(zhi)道(dao)的?

要知道先有(you)蝴蝶还是(shi)先有(you)花,我们需要知道第一只蝴蝶和(he)第一朵花谁先出(chu)现(xian)在地球上(shang),最常见的方(fang)法(fa)是(shi),找化石(shi)。

然而(er),花(hua)的(de)(de)结构比较脆(cui)弱(ruo),很(hen)难被保存,只(zhi)有在最幸运的(de)(de)情(qing)况(kuang)下,才会形成化(hua)石。目(mu)前已发(fa)现的(de)(de)最古老的(de)(de)花(hua)化(hua)石,是(shi)在西班牙(ya)发(fa)现的(de)(de)一株(zhu)水生植物的(de)(de)化(hua)石,距今1.3亿(yi)年。

图片来源:Gomez等/ PNAS

分子生(sheng)物学(xue)的(de)发展,为科(ke)学(xue)家了(le)解花的(de)进化(hua)带来(lai)了(le)便利。科(ke)学(xue)家结(jie)合分子系(xi)统(tong)学(xue)和(he)大化(hua)石(shi)证据,收集了(le)63个(ge)目,372个(ge)科(ke),793种(zhong)植物,13444个(ge)特征(zheng)数据,基于模型重建(jian)了(le)被子植物系(xi)统(tong)发育的(de)祖先花,发现其(qi)可(ke)追溯到1.4亿(yi)年前。

利用模型(xing)重(zhong)建的祖(zu)先花(hua)

图片来源:Sauquet, H. 2017

蝴(hu)蝶和蛾类(lei)在分类(lei)学上属(shu)于鳞翅目昆虫(chong),最明显(xian)的(de)(de)特征是(shi)身上和翅上被覆鳞片,拥有虹吸(xi)式口器(qi)——长长的(de)(de)喙(hui),便于吸(xi)食花(hua)蜜。和花(hua)朵一样,蝴(hu)蝶和飞蛾之类(lei)的(de)(de)昆虫(chong)也很难(nan)留下化(hua)石(shi),可(ke)供(gong)研究的(de)(de)完整(zheng)化(hua)石(shi)非常(chang)稀(xi)少,但科学家找到了新的(de)(de)突(tu)破。

2012年,一个(ge)致力于(yu)研究孢子(zi)和花粉(fen)的(de)古生(sheng)物(wu)学研究团队(dui)在(zai)搜寻(xun)古老的(de)叶子(zi)凋落(luo)物(wu)和沉积(ji)物(wu)时,在(zai)有(you)机(ji)沉积(ji)物(wu)中发现了一些无法解(jie)释的(de)微(wei)小结构(gou)。研究者最终发现,这些微(wei)小结构(gou)是(shi)原始(shi)鳞(lin)翅(chi)目昆(kun)虫翅(chi)膀的(de)遗骸。

研究(jiu)人员(yuan)发现了(le)沉积(ji)物中原始的蝴蝶和飞(fei)蛾翅膀的证据。

图片来源:Bass van de Schootbrugge /乌得勒支大学(xue)照片

根据孢(bao)粉学的(de)分(fen)析(xi),这些遗骸出(chu)现的(de)沉积层形成于三叠系-侏罗系过(guo)渡时期(qi),大约在(zai)2亿(yi)(yi)年前(qian)(qian)。也就是说,鳞翅目昆虫至少在(zai)2亿(yi)(yi)年前(qian)(qian)就已(yi)经在(zai)地(di)球上出(chu)现,而开(kai)(kai)花植物(wu)在(zai)1.4亿(yi)(yi)年前(qian)(qian)才开(kai)(kai)始在(zai)陆地(di)上生长(zhang),早(zao)在(zai)开(kai)(kai)花植物(wu)即(ji)被子植物(wu)出(chu)现6000万年之前(qian)(qian),原始的(de)蝴(hu)蝶和蛾类就已(yi)经出(chu)现了。

在花朵出现之前,这些原(yuan)始蝴蝶(die)吃什(shen)么呢(ni)?

在原(yuan)始鳞翅目昆(kun)虫翅膀的(de)化石发现之前(qian)(qian),科学(xue)家普(pu)遍的(de)观点是(shi)(shi)(shi),蝴蝶(die)和飞蛾等昆(kun)虫口器的(de)出现是(shi)(shi)(shi)为了(le)适应吸(xi)(xi)食花蜜而(er)发生(sheng)(sheng)的(de)进(jin)化。但(dan)是(shi)(shi)(shi),如果(guo)拥(yong)有口器的(de)蝴蝶(die)和蛾子是(shi)(shi)(shi)在开(kai)(kai)花植(zhi)物之前(qian)(qian)出现的(de),那么它们是(shi)(shi)(shi)以(yi)什么为食的(de)呢?又是(shi)(shi)(shi)什么原(yuan)因,让(rang)它们开(kai)(kai)始以(yi)吸(xi)(xi)食花蜜生(sheng)(sheng)存?

考虑到当时(shi)地(di)球上的天气要(yao)比现(xian)在炎(yan)(yan)热(re)干燥(zao)得多(duo),蝴(hu)蝶和(he)(he)飞(fei)蛾等昆虫(chong)身体(ti)表面积(ji)比较大(da),体(ti)内水(shui)分容(rong)易丢(diu)失,科学家的一(yi)个猜(cai)想是(shi),为了适应当时(shi)炎(yan)(yan)热(re)干燥(zao)的气候,原始昆虫(chong)进化出了虹(hong)吸(xi)式的喙,便于有效摄入液(ye)体(ti)、补充(chong)迅速流失的水(shui)分。也就是(shi)说,早期蝴(hu)蝶和(he)(he)飞(fei)蛾的喙是(shi)用来“喝水(shui)”的。

最初,它们可能是靠吮吸水(shui)滴和破(po)损叶片和树(shu)干的(de)渗出物生存。直到今天(tian),仍然有少数蝴(hu)蝶(die)(die)保留了这种原始特(te)性。例(li)如,枯(ku)叶蛱蝶(die)(die)和琉璃蛱蝶(die)(die)主要以腐烂的(de)水(shui)果或叶树(shu)干虫(chong)蛀(zhu)伤口流出的(de)树(shu)液为食。

枯叶蝶

图片来源:维(wei)基百科

裸子(zi)植(zhi)物(wu)出现(xian)(xian)后,原始蝴蝶和(he)飞(fei)蛾(e)继而发现(xian)(xian)了原始松柏等祼子(zi)植(zhi)物(wu)未(wei)成熟(shu)种(zhong)(zhong)子(zi)分泌的高营养(yang)液(ye)体——传(chuan)(chuan)粉滴。传(chuan)(chuan)粉滴中含有多种(zhong)(zhong)糖(tang)类物(wu)质,包(bao)括果糖(tang)、葡萄糖(tang)和(he)蔗糖(tang),蝴蝶很快就喜欢上了营养(yang)丰富的传(chuan)(chuan)粉滴的甜。

在(zai)开花植物出现之后,昆虫被花蜜吸(xi)引(yin),在(zai)吸(xi)食花蜜的(de)同(tong)时,也帮助花朵传粉,双方(fang)最终形成互利关系,共(gong)同(tong)进(jin)化(hua)。

最后需要(yao)提醒(xing)的是(shi),虽(sui)然(ran)目前确定的证据显(xian)示(shi)花(hua)朵只存(cun)在了一亿四千万(wan)年之久(jiu),但一些环境上的证据显(xian)示(shi)它们存(cun)在的时间或(huo)许有(you)更久(jiu)。毕(bi)竟,我们不能(neng)回到(dao)开花(hua)植物开始出(chu)现的时间,对(dui)被子植物起(qi)源的了解(jie),也只能(neng)通过化石或(huo)是(shi)已有(you)的分子技术手段。

或许(xu),在(zai)未来,我们(men)能(neng)幸运地(di)发现新的化石证据。亦或是(shi)随着技(ji)术的不断(duan)发展(zhan),我们(men)能(neng)发现存(cun)在(zai)更久的开花(hua)植(zhi)物(wu),开花(hua)植(zhi)物(wu)与昆虫(chong)的关系(xi)还会被重新定义。

不(bu)断(duan)发现、不(bu)断(duan)证明、不(bu)断(duan)推翻,科(ke)学(xue)不(bu)就是如此重(zhong)复(fu)的过程(cheng)吗?

参(can)考文献(xian):

First ever flower, 140 million years ago, looked like a magnolia. By Mario Vallejo-Marin, University of Stirling

Sauquet, H., von Balthazar, M., Magallón, S. et al. The ancestral flower of angiosperms and its early diversification. Nat Commun 8, 16047 (2017).

Van Eldijk T J B , Wappler T , Strother P K , et al. A Triassic-Jurassic window into the evolution of Lepidoptera[J]. Science Advances, 2018, 4(1):e1701568.