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内蒙古发现的特异埋藏早白垩世植物化石群为被子植物起源之谜提供关键证据
2021-05-27 12:17:37   来源:化石网   评论:0 点击:

利用分割显微断层扫描数据三维重建的内蒙古早白垩世盔籽植物内蒙古早白垩世硅化的盔籽植物解剖结构内蒙古霍林河盆地早白垩世硅化植物化石剖面(化石网整理)据中国科学院南京地质古生物研究所:被子植物(有花植
 
利用分割显微断层扫描数据三维重建的内蒙古早白垩世盔籽植物
 
 
内蒙古早白垩世硅化的盔籽植物解剖结构
 
 
内蒙古霍林河盆地早白垩世硅化植物化石剖面 
 
(化石网整理)据中国科学院南京地质古生物研究所:被子植物(有花植物)是植物界最进化、种类最丰富的植物大类群,在现今陆地生态系统中占据主导地位。被子植物的起源和早期演化一直都是演化生物学中最重要的科学问题之一。而被子植物化石在1亿多年前的白垩纪地层中突然大量出现,似乎与进化论的观点“生物演化是渐进的”相悖,达尔文对此感到困惑不解,称之为“讨厌之谜”。 
 
近日,南京古生物所史恭乐研究员领衔的由中、美两国科学家组成的国际团队,在我国内蒙古发现了一个特异埋藏的早白垩世植物化石群,通过对其中保存精美的硅化植物标本的研究并结合谱系发育分析,发现被子植物的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现。相关研究进展于2021年5月26日在英国《自然》(Nature)杂志在线发表。 
 
分子谱系学重建的种子植物系统发育认为,现生裸子植物和被子植物是远亲。所以,回答被子植物起源的问题,需要在绝灭化石类群中寻找被子植物的近亲。
 
本次在内蒙古发现的硅化植物化石,不仅完整的保存了植物器官的三维形态,还保存了植物体组织和细胞的细节信息。通过重建化石植物的三维外观形态和内部解剖结构,发现其中已绝灭的一类种子植物——盔籽,具有类似被子植物原始类群外珠被的结构——包裹种子的弯曲壳斗。裸子植物的种子仅有一层珠被,而被子植物的种子则具有两层珠被,这被认为是被子植物区别于裸子植物最重要的特征之一。 
 
基于已发表的种子植物形态数据矩阵和本次研究的新认识,研究团队重新构建了一个包括31个分类群和83个性状的形态数据矩阵,通过不同方法的谱系发育分析均显示,包括盔籽植物、开通植物等在内的,具有相似弯曲壳斗的绝灭种子植物是被子植物的近亲,并很可能包括了被子植物的直接祖先。这一大类绝灭种子植物的化石可追溯至晚二叠世,表明被子植物的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现,并不是在白垩纪突然出现的。 
 
相关研究是中国古植物学对被子植物演化理论认识的重要突破,为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据,部分程度上回答了达尔文的“讨厌之谜”。 
 
研究得到了中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金和美国国家科学基金等项目的支持。
 
相关论文信息:Gongle Shi, Fabiany Herrera, Patrick S. Herendeen, Elizabeth G. Clark, Peter R. Crane. (2021) Mesozoic cupules and the origin of the angiosperm second integument. NATURE. https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03598-w.
 
相关报道:1.26亿年前化石揭秘花朵起源之谜 助解达尔文进化论相悖困惑
 
(化石网整理)据中新网北京5月27日电(记者 孙自法):“春天来了,百花盛开”,这样的景象众所周知;“花园里的花朵真鲜艳”,这句儿歌也是耳熟能详。不过,花朵如何演化起源?一般人都无法回答,这也是古生物学界长期致力于解决的一大难题。
 
来自中国科学院南京地质古生物研究所(中科院南古所)的消息说,该所史恭乐研究员领衔的中美国际团队最新在花朵起源研究方面取得重大突破,他们通过对在中国内蒙古东部发现的1.26亿年前硅化植物群化石,以及英国侏罗纪和南极三叠纪相关植物化石进行研究,结果表明,有花植物(也称被子植物)的祖先类群早在距今2.5亿–2.6亿年就已经分化出现。
 
这一古生物研究领域重要研究成果论文,北京时间5月26日深夜由国际著名学术期刊《自然》在线发表。达尔文感到困惑不解的有花植物进化论相悖之谜,也由此获得一定程度破解。
 
花朵演化之谜是世界级科学难题
 
中科院南古所科普称,被子植物是植物界最进化、种类最丰富(约有30万种)、生态习性最复杂的植物大类群。它们在现今绝大多数陆地生态系统中都占据主导地位,是人类赖以生存的地球生态环境中最重要的组成部分,并与人类的衣食住行密切相关。
 
花朵是被子植物区别于其他植物大类群最重要的特征,也是被子植物之所以成为陆地生态系统主导类群的最重要的优势特征。花朵的起源和演化是认识和理解被子植物起源,及其与其他种子植物大类群谱系发育关系的关键,其演化之谜也被学界列为世界级科学难题之一。
 
被子植物有两个特征:一是心皮,心皮是包裹了一个或多个胚珠的雌性生殖器官;另一个为包裹着胚珠杯状结构壳斗的一个外组织层,它是被子植物不同于其他种子植物的特征。研究清楚这些特征最早如何出现,是明确被子植物起源的一个关键要素。
 
分子谱系学重建的种子植物系统发育认为,现生裸子植物和被子植物是远亲,所以,回答被子植物起源的问题,需要在绝灭化石类群中寻找被子植物的近亲。但长期以来,科学家并未找到可靠的早期被子植物祖先化石证据。
 
祖先类群约2.5亿年前就已经出现
 
2017年夏季,史恭乐领衔的中美科研团队在内蒙古霍林河盆地发现一个特异埋藏的早白垩世硅化植物群(距今约1.26亿年)。该硅化植物化石不仅完整保存植物器官的三维形态,还保存植物体组织和细胞的细节信息,是古植物学研究的理想材料。
 
史恭乐介绍说,科研团队通过重建化石植物的三维外观形态和内部解剖结构,发现其中已绝灭的一类种子植物——盔籽,具有类似被子植物原始类群外珠被的结构——包裹种子的弯曲壳斗。裸子植物的种子仅有一层珠被,而被子植物的种子则具有两层珠被,这被认为是被子植物区别于裸子植物最重要的特征之一。
 
基于已发表的种子植物形态数据矩阵和本次研究的新认识,研究团队重新构建了一个包括31个分类群和83个性状的形态数据矩阵,通过不同方法的谱系发育分析均显示,包括盔籽植物、开通植物、舌羊齿植物等在内,具有相似弯曲壳斗的绝灭种子植物是被子植物的近亲,并很可能包括了被子植物的直接祖先。
 
这一大类绝灭种子植物化石可追溯至晚二叠世,表明被子植物的祖先类群可追溯到中生代以前,早在距今约2.5亿年前就已经出现,并非在白垩纪突然出现,比花朵在早白垩世或中白垩世的出现要早很多。
 
助力破解达尔文进化论相悖困惑
 
被子植物对人类和地球上的其它生命至关重要,所以其起源和早期演化一直都是演化生物学中最重要的科学问题之一。19世纪的早期古植物学研究发现,被子植物化石在白垩纪地层中突然大量出现,这似乎与认为生物演化是渐进的进化论相悖,达尔文对此感到困惑不解,称之为“讨厌之谜”。
 
史恭乐表示,中美团队最新对被子类植物基干类群的种子着生器官的形态及其同源性研究,对学界认识被子植物冠群的关键特征心皮的起源和演化具有非常重要的意义。相关研究进展是中国古植物学对被子植物演化理论认识的重要突破,为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据,也部分程度上回答了达尔文的“讨厌之谜”。
 
在《自然》同期发表“新闻与观点”文章中,国际同行专家指出,虽然需要更多化石来确定被子植物的起源,但认识这些化石之间的亲缘关系,有助于进一步研究种子植物的演化以及被子植物的其他特征是如何出现的,比如心皮和雄蕊。

相关报道:达尔文“讨厌之谜”在内蒙古揭开
 
(化石网整理)据科技日报:被子植物(有花植物)是植物界最进化、种类最丰富的植物大类群,在现今陆地生态系统中占据主导地位。被子植物的起源和早期演化一直都是演化生物学中最重要的科学问题之一。
 
被子植物化石在1亿多年前的白垩纪地层中突然大量出现,似乎与进化论的观点“生物演化是渐进的”相悖,达尔文对此感到困惑不解,称之为“讨厌之谜”。
 
近日,南京古生物所史恭乐研究员领衔的由中、美国际团队,在我国内蒙古发现了一个特异埋藏的早白垩世植物化石群,发现被子植物(有花植物)的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现,为解决被子植物的起源问题提供了关键性证据。相关研究进展于5月26日在英国《自然》(Nature)杂志在线发表。
 
花朵的起源:世界级科学难题之一
 
被子植物在现今绝大多数陆地生态系统中都占据主导地位,是人类赖以生存的地球生态环境中最重要的组成部分,并与人类的衣食住行密切相关。人类吃的食物,织布所用的棉和麻,建筑所用的木材,绝大多数都直接或间接地来自于被子植物。
 
“花作为被子植物的生殖器官,其起源和演化是认识和理解被子植物起源的关键。”中国科学院南京地质古生物研究所史恭乐研究员向记者介绍道。花朵是被子植物区别于其他植物大类群最重要的特征,要解密被子植物的起源,必须理解花的起源和演化。
 
被子植物类群与苏铁目、银杏目、松柏目、买麻藤目共同组成种子植物,其中后4类群胚珠受精时花粉直接进入珠孔管,也被称为裸子植物。
 
既然被子植物与裸子植物有“亲缘关系”,那么裸子植物的花朵的起源和演化能否间接解决被子植物难题呢?
 
史恭乐介绍说,分子谱系学重建的种子植物系统发育认为,现生裸子植物和被子植物构成姊妹群,但二者在二叠纪之前就已经分开。
 
“现生的种子植物很难为我们认识和理解花的起源和演化提供参考。”史恭乐介绍道。因此,只能在已绝灭的种子植物化石类群中寻找被子植物的近亲和祖先类群,这些类群中隐藏着花和被子植物的起源和早期演化的线索。
 
内蒙古化石揭秘被子植物起源之谜
 
2017年夏,史恭乐团队在我国内蒙古东部的霍林河盆地发现了一个特异埋藏的早白垩世硅化植物群(距今约1.26亿年)。该硅化植物化石不仅完整地保存了植物器官的三维形态,还保存了植物体组织和细胞的细节信息,正是古植物学研究的理想材料。
 
被子植物有两个特征:一是心皮,心皮是包裹了一个或多个胚珠的雌性生殖器官;另一个为包裹着胚珠杯状结构壳斗的一个外组织层,它是被子植物不同于其他种子植物的特征。研究清楚这些特征最早如何出现,是明确被子植物起源的一个关键要素。
 
通过醋酸纤维膜撕片技术和先进的显微断层扫描(CT)技术,团队重建了化石植物的三维外观形态和内部解剖结构,并发现已经灭绝的一类种子植物——盔籽。其包裹种子的弯曲壳斗非常类似于被子植物中的外珠被。
 
“被子植物的外珠被类似于豌豆的外壳。”史恭乐形象地介绍。裸子植物的种子仅有一层珠被,而被子植物的种子则具有两层珠被,这被认为是被子植物区别于裸子植物最重要的特征之一。
 
基于已发表的种子植物形态数据矩阵和本次研究的新认识,研究团队又重新构建了一个包括31个分类群和83个性状的形态数据矩阵,通过不同方法的谱系发育分析均显示,包括盔籽植物、开通植物、舌羊齿植物等在内的,具有相似弯曲壳斗的绝灭种子植物是被子植物的近亲,并很可能包括了被子植物的直接祖先。而这一大类绝灭种子植物的化石可追溯至晚二叠世,表明被子植物的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现,并不是在白垩纪突然出现的。
 
“被子类植物基干类群及其关键特征的识别在一定程度了回答了被子植物和花朵的起源问题。”史恭乐介绍道。同时相关研究是中国古植物学对被子植物演化理论认识的重要突破,为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据,部分回答了达尔文的“讨厌之谜”。
 
相关报道:登上《自然》杂志!南京专家发现开花植物的“祖先”,距今2.5亿年
 
(化石网整理)据现代快报讯(记者 阿里亚 / 文 顾炜 / 摄):被子植物因有美丽的花朵又称开花植物,它的出现使得大地变得绚丽多彩、生气盎然。被子植物起源于何时?一直以来因缺少化石证据,无法解答。近日,中科院南京地质古生物研究所研究员史恭乐领衔的中、美科学家团队,在我国内蒙古发现了一类罕见的古植物化石。这些化石揭示了被子植物的 " 祖先 " 早在距今约2.5亿年前就已经出现,相关研究成果于5月26日在线发表于英国《自然》杂志上。
 
全世界罕见的化石,竟藏在煤矿中
 
在南古所,现代快报记者看到了这些化石。自然界的花是五颜六色的,而眼前的化石却是黑乎乎的,看着像木炭。
 
史恭乐把发现化石的过程归功于自己的幸运。“2015年夏天,我和‘知名化石猎人’章志刚第一次到内蒙古的霍林郭勒盆地。”对研究古植物的史恭乐来说,这个地方并不陌生。该盆地是重要的含煤盆地之一,也是古植物化石的经典产地,曾发现过不少大型植物化石。
 
史恭乐他们要找的化石藏在煤矿里,进入需要提供证件。可是史恭乐从南京出发时太过匆忙,既没带证件也没带介绍信。怎么办?两个人偷偷地溜了进去,可是很快又被赶了出来。
 
“哎,你们两个人是不是搞地质的?我们这儿有一种石头,不知道它是什么,你们能不能帮忙看看?”临到被赶出来时,煤矿经理突然拿着一块奇形怪状的石头跟他们搭话。
 
这一看不得了“我们只知道煤矿里有燧石,但我们不知道它的年龄,更不知道它来自哪里。”章志刚阅“化石”无数,他一眼就看出来这块燧石是移位化石,也就是说其实它的“家”在别处。
 
2017 年,史恭乐又一次组织野外勘察。这一次,他们找到了产燧石的剖面。" 煤矿里的工人们知道这块燧石是从哪里采的,便带我们去了现场。" 到了现场,史恭乐又一次感叹自己的好运气。" 煤矿一般从上往下挖,这些燧石的剖面在最底部。在我们去的半年前,工人们刚好就把这一层剖面给挖出来了。" 该地层距今约 1.26 亿年,史恭乐他们前前后后在这个地层中挖到了 5 吨燧石。
 
CT扫描,发现它们是开花植物先祖
 
一块块黑乎乎的石头,究竟怎么看出来它们是被子植物的“祖先”呢?“燧石虽然‘长得丑’,但它保存了很多宝贵的信息。”史恭乐说,他们发现的这些古植物化石不仅完整地保存了植物器官的三维形态,还保存了植物体组织和细胞的细节信息。
 
研究人员把这些化石切成小块,他们还把醋酸纤维等材料覆在化石表面,制成了数千个透明薄膜。利用这些薄膜和CT扫描技术,研究人员重建了化石植物的“外观”和“内里”。
 
“化石中我们发现了已灭绝的一类种子植物——盔籽,它长得比较奇怪,种子被一个弯曲的壳斗包裹着。”史恭乐告诉现代快报记者,具有相似弯曲壳斗的已灭绝种子植物是被子植物的近亲,并很可能包括了被子植物的直接祖先。
 
为了进一步验证,研究团队还运用显微断层扫描技术重新研究了产自英国和南极的古植物化石。研究结果显示,它们和盔籽植物一样,包裹种子的弯曲壳斗本质上是同一类结构。基于已发表的种子植物形态数据矩阵,研究团队重新构建了一个包括31个分类群和83个性状的形态数据矩阵。
 
“具有弯曲壳斗的中生代绝灭种子植物是被子植物的近亲,很可能被子植物的祖先类群就隐藏在这些类群里。”史恭乐说,盔籽植物最早的化石记录可追溯至距今约2.5亿年。这也表明,被子植物的“祖先”早在距今约2.5亿年前就已经出现。
 
意义重大,证明被子植物不是突然大量出现
 
被子植物又称绿色开花植物,目前地球上已知的被子植物约有30万种,占据了世界上植物界的大部分。被子植物的用途很广,人类的大部分食物都来源于被子植物,如谷类、豆类、薯类、瓜果和蔬菜等。此外,我们生活中常用的棉和麻、建筑所用的木材等,绝大部分也都直接或间接来自于被子植物。
 
那么,被子植物起源于何时?早在19世纪,古植物学家发现,被子植物在约1.3亿年前突然大量出现,这似乎与进化论的观点“生物演化是渐进的”相悖,达尔文对此感到困惑不解,称之为“讨厌之谜”。
 
“因为关键化石缺失等原因,被子植物的起源问题一直没有得到解决。我们在内蒙古发现的这些化石表明,其实在1.3亿年前就存在着大量被子植物的祖先类群。虽然它们不是真正的被子植物,但它们已经具备了被子植物的一部分特征。”史恭乐指出,这些与被子植物有近缘关系的化石植物证明了被子植物并非“突然出现”。
 
现代快报记者注意到,英国《自然》杂志发表评论称,这项研究是中国古植物学对被子植物演化理论认识的重要突破,为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据,部分程度上回答了达尔文的“讨厌之谜”。

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