開花植物花朵塑造了地球 | 綠會(huì)國(guó)際訊

近日，中國(guó)生物多樣性保護(hù)與綠色發(fā)展基金會(huì)（簡(jiǎn)稱中國(guó)綠發(fā)會(huì)，綠會(huì)）國(guó)際部從國(guó)際知名期刊獲悉，花朵塑造了地球。綠會(huì)國(guó)際部現(xiàn)將該文整理編譯如下，供感興趣的讀者參考和了解。

圖源:ILLUSTRATION S.LECLERC - SHUTTERSTOCK x7 - M.TUMELAIRE

恐龍和開花植物有什么關(guān)系？前者已經(jīng)將世界主宰之位讓給了后者！6600 萬(wàn)年前，一顆隕石的墜落讓地球上的生命發(fā)生了翻天覆地的變化。這就是鮮花改變地球的方式。

大約在6000萬(wàn)年前，開花植物征服了世界。直到那時(shí)還很謹(jǐn)慎，它們突然在潮濕的森林的各個(gè)層面上綻放了它們的顏色，將它們的雄蕊呈現(xiàn)給了越來(lái)越多的昆蟲，并將它們的果實(shí)提供給無(wú)數(shù)的動(dòng)物。在各大洲，它們支持現(xiàn)代動(dòng)物群的出現(xiàn)，塑造了地球的景觀，甚至很可能擾亂了人類的命運(yùn)……鮮花賦予了今天的地球的面貌。

我們?cè)谶@里談?wù)摰氖且粓?chǎng)真正的革命，為了衡量它，讓我們回顧一下。想象一下沒有鮮艷色彩的大自然，遍地都是綠色和棕色......地面上種滿了蕨類植物，直立著針葉樹的樹干。光廣泛地穿透到這些開闊的森林中，但寂靜籠罩著：從-145 到-6600 萬(wàn)年前的白堊紀(jì)森林，很少在鳥兒的歌聲或昆蟲翅膀的拍打下振動(dòng)。

在這片荒涼的土地上，恐龍至高無(wú)上。但是一場(chǎng)巨大的動(dòng)蕩正在醞釀中……奇怪的植物悄悄地出現(xiàn)在了灌木叢中。它們被賦予了一個(gè)非常有針對(duì)性的繁殖系統(tǒng)和一個(gè)強(qiáng)大的效率來(lái)利用太陽(yáng)光——確保它們成功的武器。英國(guó)布里斯托大學(xué)（université de Bristol）的古生物學(xué)家邁克爾·本頓（Michael Benton）說(shuō)：“我們稱之為被子植物革命?！痹?021年底發(fā)表的一篇文章中，研究人員和他的團(tuán)隊(duì)描述了導(dǎo)致這些開花植物主宰地球的一連串事件。今天，大約有300,000種，占超過(guò)90%的陸生植物。

開花植物年表

花在植物史上出現(xiàn)較晚：在第一批陸地植物3.3億年后！但它們很快就覆蓋了地球…

-4.7億年來(lái)，地球上的植物

它們可能來(lái)自綠藻，但仍然是孤立的孢子，或形成兩個(gè)或四個(gè)孢子群。

-3.4億年：種子植物誕生

它們有卵，但沒有球果或果實(shí)。這些葉子類似蕨類植物的大小從小灌木到樹不等。

–1.4億年：第一朵花盛開

花卉革命開始了。后者集中了它們的性器官，并從高能量效率中獲益。

–1.3億年：第一批開花植物化石

在伊比利亞半島發(fā)現(xiàn)的蒙特塞克藻（Montsechia vidalii）是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老的開花植物。

-9900萬(wàn)年：授粉進(jìn)展順利

在開花植物的出現(xiàn)下，80%的昆蟲群出現(xiàn)在白堊紀(jì)（在-145到-65 Ma之間），包括許多傳粉者。

-6600萬(wàn)年：奇克蘇魯布隕石墜落地球

開花的植物會(huì)喜歡的！它們很快就會(huì)多樣化和繁殖，占植物化石記錄的80%以上。

-6500萬(wàn)年：熱帶雨林

90%以上是開花物種！今天，50%的陸地動(dòng)植物生活在這些盛開的地區(qū)。

–3000萬(wàn)年：草原和草原延伸

到目前為止，禾本科植物，開花植物，如小麥或棉花的祖先，正在適應(yīng)它們。

-10000年：智人發(fā)明農(nóng)業(yè)

在智人和他的祖先以采集水果為食之后，智人養(yǎng)開花植物，甚至培育它們，選擇重新播種的物種。

這一切都始于近1.4億年前。正是在這個(gè)時(shí)候，被子植物科的第一個(gè)代表開花植物應(yīng)運(yùn)而生。2017年，當(dāng)時(shí)在南巴黎大學(xué)（université Paris-Sud）的植物學(xué)家埃爾維·索蓋（Hervé Sauquet）通過(guò)比較近800種現(xiàn)有植物的遺傳密碼，并利用積累的關(guān)于某些基因在其外觀中的作用的知識(shí)，繪制了一幅可能的畫像。結(jié)果：花朵的祖先一定有10多個(gè)花瓣，每3個(gè)一圈排列。在這些花瓣之上，出現(xiàn)了攜帶花粉的雄蕊，以及包裹著未來(lái)種子的雌蕊。

性器官的集中也是開花植物最顯著的特征之一——子房的存在，這是容納胚珠（未來(lái)種子）的腔，在受精后會(huì)長(zhǎng)出果實(shí)。這種組織確實(shí)促進(jìn)了昆蟲授粉，被大多數(shù)被子植物利用。昆蟲、蜜蜂、黃蜂和其他蝴蝶被花朵所吸引，致力于通過(guò)富含蛋白質(zhì)的花粉和甜美的花蜜受精。因此，它們會(huì)用花粉覆蓋自己，然后將花粉沉積在所訪問(wèn)的下一朵花的雌蕊上，并施肥。

圖源：M.KONTENTE – D. FLORENTZ -B. GOMEZ, D. DILCHER ET AL.

這大概就是百花之母的樣子吧！它一定有超過(guò)10片花瓣，上面覆蓋著雄蕊，然后是子房，全部排列成3圈。另一方面，它的顏色和形狀仍然未知……

增加施肥能力

這種生殖系統(tǒng)對(duì)植物來(lái)說(shuō)是昂貴的。它必須制造許多復(fù)雜的化學(xué)分子，以顯示它的顏色，呼出氣味并生產(chǎn)花蜜，以吸引它的伴侶。它還必須保護(hù)自己免受寄生蟲的侵害，它也不會(huì)不吸引寄生蟲。然而，這種策略大大提高了植物的受精能力，到目前為止，植物的花粉還依賴于風(fēng)。

圖源：M.KONTENTE – D. FLORENTZ -B. GOMEZ, D. DILCHER ET AL.

不可避免地，這種合作的發(fā)展也是傳粉媒介的跳板。

邁克爾·本頓強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“被子植物的出現(xiàn)伴隨著許多昆蟲群體的生物多樣性的擴(kuò)大。通過(guò)重建基因組的進(jìn)化，系統(tǒng)發(fā)育學(xué)家估計(jì)80%的現(xiàn)代昆蟲物種出現(xiàn)在白堊紀(jì)：膜翅目——螞蟻、蜜蜂、黃蜂——以這些花卉的花粉和花蜜為食；蝴蝶獲得了適應(yīng)它們最喜歡的花冠的長(zhǎng)鼻；由于這些植物的代謝過(guò)度活躍，土壤中氮含量的增加有利于蟑螂。而且，后來(lái)，蝙蝠和鳥類也開始了這種授粉冒險(xiǎn)嘗試。

來(lái)自巴黎國(guó)家自然歷史博物館的系統(tǒng)學(xué)、進(jìn)化、生物多樣性研究所的馬克—安德烈·塞洛斯（Marc-André Selosse）說(shuō)：“實(shí)際上，被子植物優(yōu)勢(shì)的故事更像是整個(gè)食物網(wǎng)的興起，其中包括被子植物、昆蟲、共生根真菌以及所有參與種子傳播的動(dòng)物和果實(shí)?！?/p>

這是首個(gè)授粉痕跡，2019年在緬甸被發(fā)現(xiàn)和被研究的緬甸訪花花蚤（Angimordella burmitina）是一種小型甲蟲。鑒于其形狀和一些口腔特性，它無(wú)疑是一種傳粉媒介。當(dāng)它被困在琥珀中時(shí)，它攜帶著62顆花粉粒。

驚人的能源效率

為了進(jìn)一步確保這一成功，被子植物受益于非凡的能源效率?；涗涳@示，在整個(gè)白堊紀(jì)，葉子的葉脈密度增加了一倍，而氣孔的密度增加了十倍！

這些結(jié)構(gòu)在新陳代謝中起著關(guān)鍵作用。更密集的靜脈支撐著寬闊的葉子，呈現(xiàn)出一個(gè)大的表面來(lái)捕捉光線。它們還最重要的是確保水和樹液的運(yùn)輸。數(shù)量更多，因此它們可以為葉子帶來(lái)更多的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些水分和養(yǎng)分被泵入土壤。

氣孔是該泵的馬達(dá)：水以蒸汽的形式從氣孔中逸出，二氧化碳也通過(guò)這些氣孔進(jìn)入，這是植物生產(chǎn)有機(jī)物的原材料。邁克爾·本頓驚嘆道：“開花植物可以比針葉樹捕獲更多的太陽(yáng)能，而這種額外的能量在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)?！苯Y(jié)果：在被子植物的推動(dòng)下，生活在大陸上的物種數(shù)量實(shí)際上已經(jīng)爆炸式增長(zhǎng)。在白堊紀(jì)，陸地物種的數(shù)量可與海洋相媲美，而今天則多出10倍！

這種權(quán)力逆轉(zhuǎn)是如何發(fā)生的？似乎有一聲巨響，一個(gè)特別關(guān)鍵的時(shí)刻：白堊紀(jì)-古近紀(jì)危機(jī)。6600萬(wàn)年前，一顆直徑超過(guò)10公里的巨大隕石墜入現(xiàn)在的墨西哥尤卡坦半島。它引起的火災(zāi)和它釋放到大氣中的灰塵會(huì)導(dǎo)致物種的大規(guī)模滅絕。非鳥類恐龍，即除了導(dǎo)致現(xiàn)在的鳥類的群體之外的所有恐龍都消失了。但不是被子植物：對(duì)它們來(lái)說(shuō)，災(zāi)難是一個(gè)真正的機(jī)會(huì)。

來(lái)自生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)和進(jìn)化實(shí)驗(yàn)室（巴黎-薩克雷大學(xué)）的蘇菲·納多（Sophie Nadot）評(píng)論道?！叭藗兛赡軙?huì)認(rèn)為，不會(huì)移動(dòng)的植物是特別脆弱的生物，”但它們非常有彈性。它們的種子可以在等待有利條件發(fā)芽的同時(shí)被埋藏多年，或者通過(guò)風(fēng)或海洋攜帶傳播數(shù)千公里，并在新環(huán)境中定居。

圖源：NANJING INSTITUTE OF GEOLOGY AND PALAEONTOLOGY – SHUTTERSTOCKx2- UNIVERSITY OF BRISTOL

不可抗拒的擴(kuò)張

災(zāi)難發(fā)生后不久，在一片時(shí)而焦黃的土地上，在塵土依舊昏暗的天空下，開花植物以最快的速度重新占據(jù)了其他植物留下的生態(tài)位。它們生長(zhǎng)，擴(kuò)散。美國(guó)國(guó)家自然歷史博物館的古植物學(xué)家達(dá)里奧·德·弗朗切斯基（Dario De Franceschi）透露：“大群的被子植物已經(jīng)出現(xiàn)，但在科內(nèi)物種的多樣化和增殖之前存在延遲。在60到5000萬(wàn)年前，出現(xiàn)了與現(xiàn)在的被子植物物種相似的形式?！?/p>

作為證據(jù)，化石記錄被開花植物覆蓋！在災(zāi)難發(fā)生之前，它們只占所發(fā)現(xiàn)植物種群的不到5%；之后，它們成為多數(shù)，占比超過(guò)80%。

此時(shí)，形成了現(xiàn)代熱帶雨林，由超過(guò)90%的被子植物組成，現(xiàn)在包含地球上一半以上的生物多樣性。巴拿馬史密森尼熱帶研究所的植物學(xué)家卡洛斯·賈拉米洛（Carlos Jaramillo）描述道：“這些森林是一個(gè)非常復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。它們的樹冠是封閉的，即最高的樹木的上部樹枝相互接觸。然而，在樹冠下，所有空間都被占用了。”由于它們能夠捕捉最輕微的光線，它們生長(zhǎng)并為昆蟲、蜘蛛、哺乳動(dòng)物、有袋動(dòng)物和鳥類提供庇護(hù)和掩護(hù)。根據(jù)邁克爾·本頓的說(shuō)法，地球上至少有795,000種昆蟲、110,000種蜘蛛、15,000種蜥蜴、鳥類和哺乳動(dòng)物或多或少完全依賴于被子植物?；蚨嗷蛏?0%的所有動(dòng)植物物種！

圖源：NANJING INSTITUTE OF GEOLOGY AND PALAEONTOLOGY – SHUTTERSTOCKx2- UNIVERSITY OF BRISTOL

開花植物捕獲大量太陽(yáng)能，這些太陽(yáng)能在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)——布里斯托大學(xué)（英國(guó)）的 古生物學(xué)家 邁克爾·本頓

在這些命運(yùn)與花朵緊密相連的生命形式中，當(dāng)然還有我們自己的物種人類……

被子植物不僅養(yǎng)活了我們的靈長(zhǎng)類祖先，還推動(dòng)了我們最近的崛起。3000萬(wàn)年前，更干燥、更寒冷的氣候有利于美洲大陸和歐亞大陸大草原的出現(xiàn)。直到現(xiàn)在草類被子植物還在那里適應(yīng)環(huán)境，其中有小麥、水稻甚至棉花的祖先…… 一萬(wàn)年前，新石器時(shí)代，智人發(fā)明了農(nóng)業(yè)。繁花似錦的世界很適合人類。

參考文獻(xiàn)：https://www.science-et-vie.com/article-magazine/fleurs-faconnerent-la-terre

編譯：Daisy

審核：Lucy

編輯：Tommy