【专栏】植物的进化历程（三）

在离澳洲海岸1500公里远的南太平洋偏远地区新喀里多尼亚岛是离古代的超级大陆最近的地方，这个小岛独处于大洋中，因此岛上的植物情况可以向我们诉说在花出现前的植物世界是怎么样的。在这里你可以看到，那时候的植物王国中有两大强大的统治者：一是针叶树，它是松树的史前物种。在花出现以前，古代植物的种类很少，为了再生这样的针叶树，必须依靠变化莫测的风将植物的花粉也就是雄性针叶树的生殖细胞吹散开来。一棵树能释放多达100亿粒花粉，当每一粒花粉被放大上千倍时，你可以看见两个气囊，它是用来捕捉微风的。起风的时候，运气好的花粉会被吹到旁边一颗树的雌性果实上进行再生，一般来说要大量的针叶树花粉，才能成功授粉一次。

图二：针叶树（图左）；显微状态下的针叶树花粉（图右）

植物王国中另一个强大的统治者是蕨类植物，它们再生的方法也很受限制，蕨类植物性喜潮湿的沼泽环境，因为它们需要水来运输生殖细胞。当它们释放出精子，精子会沿河流游到附近一株植物并使其受精，在显微镜下我们能看到这些精子不停的抖动着，它们能在水中前行，不间断地游两个小时，但必须是在水中才能存活，因此蕨必须靠近水流生长。

图三：蕨类植物（图左）；显微镜下的蕨类植物的精子（图右）

以上两大植物王国统治者的再生方式都有着极大的限制性。那时蕨的种类很少，针叶树种类也不多，植物总数只占今天种类数的1%左右，而且动物王国的种类也很受到植物种类多样性的限制。目前科学家发现当时地球上有700种不同的恐龙，其种类数还不及今天的5500多种哺乳动物，这一切都意味着当时的盘古大陆缺乏生命多样性。当时地球上的生命，本来就应该那么延续着，但1.4亿年前盘古大陆的某处某株植物偶然采用了一种新的再生方式，开花。

图四：绿植的海洋

花的出现很重要，因为花可以吸引昆虫的注意，花的形状和颜色会吸引各种昆虫，这将有助于传播花粉，使受精更大可能地成功。为早期的花朵传播花粉的是甲虫，因为当时蜜蜂还未进化出来，这些携带花粉的甲虫，在植物间爬来爬去，就在它寻找食物时将花粉传播了开来。此时植物已经找到了一种高效的再生方式，再也不用依靠风或者水这样的随机方式了，进化出的花使得植物的再生更加可靠。

当盘古大陆开始分离了，大小陆地开始形成，在气候和环境的双重影响下，产生了无数的新地貌，有绵延不绝的高山,也有干旱荒凉的沙漠。对完全依靠风和水的针叶树和蕨类来说，新地貌对它们帮助不大，但对开花植物来说，这是它们梦寐以求的沃土。1.4亿年前，花儿们开始改变这些恶劣的环境，就像南非的台地高原，每年这里只有两个月下雨，因此植物再生的时间很短。但是在这沙漠之下仍然藏着大量的花朵，而且种类丰富，上百种花有着数十种不同的颜色，无论是橙色的菊花，还是紫色的小花，又或者是红色豌豆花，这些艳丽的颜色都不是随机生长的，都是最终自然选择的结果。花朵用独特且鲜明的花色能够吸引昆虫，即使距离很远，也可以利用昆虫使其在同类植物中传播花粉。但仅仅依靠颜色的进化是不够的，为了更大可能地传播花粉，它们还修饰了自己的花瓣。肉眼看去，花瓣表面很光滑，但若放大1千倍，表面一点也不平整，可以看到花瓣由无数的小结组成，每一个都像是小棱镜，反射和分散着太阳光，这样熠熠生辉的花瓣更容易吸引经过的昆虫。

图五：显微观测下的花瓣表面

就连人类肉眼看不见的紫外线都成了花朵和昆虫的暗号，当利用特殊照相机对花朵进行成像时，我们可以看到花朵上有很多暗痕，这些暗痕像机场跑道一样，可以引导昆虫降落在花瓣上，就如同广告牌一样告示着这里有免费的食物的信息，吸引它们的到来。

图六：特殊照相机下的花瓣照片

这一切都是为了成功授粉，但一旦花儿授粉成功，又要面临一个大困难，新长的花儿不得不在此熬过这一年剩下的日子。因为这里是南非的台地高原，干旱时间可长达10个月，为了生存，只授粉是不能够延绵生命的。所以，花儿又像我们展示出了它的另一项技能，这也将是对地球上的生命有极大影响的技能——那就是花的种子,种子赋予了开花植物顽强和非凡的生存能力。种子的孕育开始于花朵授粉的瞬间，当昆虫带来了花粉，花粉中的两类细胞沿着花茎进入花的子房，其中一个使卵子受精，产生一个胚胎植物，另一个来自花粉的细胞，则承担着另一项不同的任务，会为受精卵提供食物来源就像是一种打包的食物，这一过程称为双受精，花的种子就是来自于如此奇特过程。当种子孕育后，它可以休眠数月或数年，直到条件成熟，它们就会破壳而出，生长为新一代美丽的植株。

图七：发芽生长的种子

1亿年前，花儿们重新规划着植物生长区域的世界地图，它们将曾经贫瘠的地区，变成了生命的海洋，为植物的纷繁多彩创造了可能。然而这影响的不仅是植物，还有动物。各色的花儿为了传播花粉开着各色的花朵吸引着各种动物，进而又进化出了另一种能力，可以使其成功吸引各种动物。那就是它们利用太阳的能量为动物们带来了可口的食物——花蜜，花蜜的出现对动物王国有着极其重要的影响。花蜜不仅是对授粉者的报答，更是对开花植物能够在众多植物中脱颖而出越发繁盛打下了了强有力的基础。花蜜在开花植物和授粉者之间建立起来的良好纽带使得全球植物的种类开始多样化起来了，开花植物能适应不同的地区，以及不同的授粉者，比如鸟类和哺乳动物，以及以花蜜为生的各种各样的昆虫，花朵为各种昆虫提供食物，花蜜成为它们食物链中的一环，这环环相扣的关系推动了整个昆虫界的进化。

图八：树脂中的蜜蜂（图左）；采花的蜜蜂（图右）

这个美丽的化石，是一个被困在树脂中的原始蜜蜂。1亿年前，像这样的蜜蜂化石开始出现，从食肉黄蜂进化而来的蜜蜂此时已经不吃肉了，现在爱吃花粉和花蜜。身上长满浓毛的蜜蜂，是为了采集更多的花粉，它们还进化出更敏锐的眼睛，有着数百个小透镜能定位花朵，眼睛内部也有特殊的细胞能监测紫外线。尽管有了昆虫帮助授粉，但开花植物依然会遇到一个新问题，当昆虫从花上采集了花粉，随后它们有可能爬到了不同类的花朵上使得受精失败，那花粉也会浪费了，因此开花植物针对此类状况进化出了更复杂的花样。

图九：奥芬花

在南非海岸的悬崖下面，有一种奥芬花，此开花植物的花不含花蜜，它们只提供花粉，但同时它们的花粉是未开苞的，由扭曲的雄蕊保护起来，而当一种昆虫——雌木蜂落在花瓣上，它只需扇动翅膀并将翅膀扇动的速率调整到合适的中音频率，此时的保护之门就会打开，花粉显现出来，木蜂完成授粉。在木蜂和奥芬花之间建立的奇特的关系，保证了奥芬花的花粉能够在同类开花植物中进行传播。至此各种各样的开花植物开始出现，同时成为食物链中一环的花蜜也加速了开花植物多样性的增加速度，也促进了动物多样性的发展。例如这只天蛾正用长长的舌头吃着蜂蜜；就像这只星蜂鸟，它的嘴巴很适合吸食喇叭花；比如这些巨嘴鸟，它们吃授粉动物。1.2亿年前至9千万年前，那时候地球的进化历史进入了爆炸式增长阶段，而这都要感谢开花植物。

图十：天蛾（图左）；星蜂鸟（图右）

图十一： 吃授粉动物的巨嘴鸟

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部分图片来自网络

文稿：李慧娟

编辑：李响返回搜狐，查看更多