作者:沈春蕾 来源:科学网微信公众号 发布时间:2022/2/3 21:05:12
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“85后”教授夫妻历经曲折,终发Nature子刊封面!

 

鲜花来拜年喽。这可不是一朵普通的花,它在地球上存活了约1亿年,在此期间容颜未改。

这朵花的主要发现者是青岛科技大学一对“85后”夫妻教授——王硕和施超,他们有着共同的研究对象——1亿年前的琥珀化石。

2月1日,《自然—植物》(Nature Plants)以封面论文形式报道了这对夫妻的最新研究成果,他们在琥珀化石里发现了最古老的完整花朵,并在1亿年后的南非开普地区找到了这朵花。

容颜未改:从化石到真花

形成于约1亿年前的鼠李科Phylica属琥珀化石(王硕供图)

1亿年前,地球上的花(被子植物)是如何而来?在学术界,这个话题争执了约160年,一直迟迟未解。

化石能够提供最好的答案。一般来说,植物化石保存的信息仅限于部分器官。研究人员对白垩纪早中晚期的研究中很少发现有完整的被子植物花化石,即使有,大多也已经绝灭。

8年前,王硕和施超联合一支国际研究团队,通过对21琥珀化石的表面细微形态特征和内部三维结构开展系统进化分析,发现了1亿年前完好保存下来的枝条、花朵、果实、叶片、花粉等多器官实体化石,并复原了这个植物从幼年到成熟的生长发育全过程。

为什么这项研究要经历8年之久?研究人员最初研究了40多块琥珀化石,但有部分化石保存状态不够好,在做CT扫描时扫不出清晰的三维结构,最终才确定了21块琥珀化石模式标本。

另外,在化石鉴定的过程中,研究也走了一些弯路。此前,这些化石曾被错误鉴定为裸子植物和藻类植物。后来,研究人员将琥珀内包藏的化石与其可能的后裔进行一一比对,排除了不同植物类群间趋同进化的可能。

还有一项意外的发现是,研究人员在南非的开普植物区找到了与琥珀化石里植物形态特征几乎一致的现存植物类群。

王硕介绍,该类群来自鼠李科Phylica属,是生长于开普地区的濒危植物。“该属植物可能在南非开普植物区生存繁衍了约1亿年,从恐龙繁盛的中生代开始,一直绽放至今。”

现存的鼠李科Phylica属(王硕供图)

起源于新生代以前的裸子植物,像银杏、水杉被学术界称为“活化石”。“1亿年前的Phylica至今在形态上几乎没有发生任何改变,我们有理由称其为被子植物活化石。”王硕说。

野火求生:从远古到现代

1亿年后再相遇,还是那朵花。

Phylica植物的现存种绝大部分特定分布于非洲南端开普植物区,而研究中使用的琥珀化石却发现于缅甸北部。两者分处不同的大陆板块。

这一现象引起了研究人员的高度关注。进一步的研究发现,缅甸北部的植物区系与非洲大陆最南端的植物区系存在联系,这与上亿年来板块运动造成的“沧海桑田”有关。

琥珀化石随印度板块向北漂移的过程重建图(王硕供图)

王硕解释道,这些完好保存在琥珀中的化石植物在印度板块与冈瓦纳古陆带尚未完全分离前即已形成,随着冈瓦纳古陆的解体和印度板块的北移,这一生物群的祖先通过印度板块传播到缅甸北部,但它们的后裔却一直在南非的开普植物区生存繁衍。

这1亿年间地球发生了巨大的变化,气候剧变、板块漂移、海陆变迁,期间还发生了白垩纪—第三纪生物大灭绝(距今约6500万年),恐龙因此消失,Phylica的其它姐妹群也逐渐灭绝。

与此相对的是,在白垩纪中期(距今约1亿年),被子植物快速辐射演化现象及其原因一直是生物学家研究的热点问题——包括达尔文在内,他曾称其为abominable mystery(恼人之谜)。

针对此问题,这支国际研究团队提出一个观点:白垩纪中期频繁发生的火灾可能是被子植物演化的一个重要驱动力。

在南非开普植物区硬叶灌木和多浆植物对干旱炎热环境的适应演化中,野火扮演着重要角色。已有的研究发现,至今许多分布于开普区的植物都具有火灾适应性。

同样,该项研究发现的植物化石也表现出对频繁野火的高度适应性,如细长且紧紧聚缩在一起的叶片、被叶片紧紧裹护着的花朵、表面密实的毛被等。

在这些琥珀化石中,研究人员还发现了大量疑似被火烧过的植物残骸,也佐证了在白垩纪中期火灾频繁发生。这些迹象均表明,被子植物对环境的强适应性可能是其快速辐射演化的一个原因。

谁曾想到,花开富贵的背后还有一段逆境中求生的历史。经历了时间洗礼的Phylica的后裔在非洲最南端生存繁衍至今,并成为如今南非开普植物区Fynbos(开普植物区特有的硬叶灌木和多浆植被)的重要类群。

琥珀化石形成时期生态复原图,图中地表低矮植物为Phylica(王硕供图)

投稿风波:从被拒到封面

据了解,这项研究成果的分量足够投稿《科学》《自然》等顶刊,却在投稿过程中遭遇了多家期刊的拒绝。

被拒的原因来自以北美古脊椎动物协会(Society of Vertebrate Paleontology, SVP)为首的部分科研团体的阻扰,他们联合众多国际期刊,质疑我国科研人员对缅甸北部琥珀化石的研究存在伦理问题。

琥珀由松柏类等植物分泌的树脂经过数千万年至亿年的地下埋藏与矿化作用所形成,是生物起源和演化等研究首屈一指的珍贵化石资源。

血珀则堪称其中的极品。它又称血琥珀、红琥珀,颜色呈红色或深红色,主要产自缅甸北部,形成于约9900万年至1.1亿年前的白垩纪,是世界上最古老的琥珀之一。普通的琥珀大多呈淡黄至深棕色,而血珀之所以呈现红色色泽,是因为发生在琥珀表面的氧化作用,随着时间的推移,扩散到琥珀内部,从而形成“红如血”的血珀。

“血琥珀”其实是一种具有红色色泽的琥珀化石(王硕供图)

除了缅甸,墨西哥、多米尼加、波罗的海等地区也出产极少量血珀。但是天然的血珀颜色灰暗且杂质较多,所以市场上纯净美观的血珀多是经过人工烤制改色而来的。

血珀作为琥珀中的一个重要品种,不仅具有较高市场价值,在科研上也有其重要意义,我国科研人员以此为研究对象取得了系列显著的成果,比如首次发现已灭绝昆虫、植物甚至恐龙等重要生物类群。

然而,SVP却恶意曲解“血”字形容颜色的含义,将“染工人之血”的污名强加于“血琥珀”,并联合多家期刊对我国科研人员的相关研究论文进行全面封锁,使得我国在琥珀化石研究领域一度变得举步维艰,也让这篇论文的投稿四处碰壁。

为了抗议国外团体对我国琥珀化石研究的污名化,来自青岛科技大学、中国科学院南京地质古生物研究所、中国科学院植物研究所、中国科学院动物研究所、中国科学院昆明植物研究所所、中国科学院华南植物园、中国农业大学、中央民族大学、山东师范大学、上海世博会博物馆、英国开放大学、美国堪萨斯大学等机构的科研人员在《自然—生态与进化》(Nature Ecology & Evolution)上联合发表了“Balance scientific and ethical concerns to achieve a nuanced perspective on ‘Blood Amber’”(平衡科学和伦理关注:看待“血琥珀”的微妙视角)一文。

这篇文章不仅揭示了“血琥珀”的真正形成过程,还阐明了我国科学家的立场,希望有关国际团体,尤其是科学团体,能够正视该问题,勿继续诋毁我国的琥珀化石科研工作,并推动琥珀化石研究的正常开展。

此文的刊发也促成了这篇最新的研究成果登上《自然—植物》的封面,为期近一年半的论文投稿风波暂告一段落。

相关论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41477-021-01091-w

https://www.nature.com/articles/s41559-021-01479-z

 
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