1.6億年前的裸子植物也能傳粉?

陳晨

2009年11月23日13:16  來源:《科學時報》

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珍妮擬蠍蛉Pseudopolycentropus janeannae (a)和格氏麗中生蠍蛉Lichnomesopsyche gloriae(b)在裸子植物上取和傳粉的示意圖。

  中侏羅紀時期的傳粉模式
 
  在國家自然科學基金、北京市自然科學基金等的持續資助下,首都師范大學“昆虫演化與環境變遷重點實驗室”教授任東與美國國家自然歷史博物館蘭博德拉博士等合作,在昆虫與植物的協同演化研究工作中取得了突破性進展,任東等用充分的事實証明了在中生代具有細長吸受式口器的長翅目昆虫可以在一類裸子植物(今已滅絕)上取,同時起到傳粉的作用。由此,他們發現了距今1.6億年前的中侏羅紀時期傳粉昆虫與當時的虫媒裸子植物之間存在著一種新的傳粉模式。這是目前為止最早的關於傳粉昆虫和虫媒植物之間協同演化的例子。這一成果發表在11月6日出版的《科學》(Science)雜志上。
 
  任東等人的研究成果將為確定一些重要傳粉昆虫類群的起源、早期演化和一些關鍵特征的性狀和極性提供直接的証據。這不僅為探索傳粉昆虫演化的原因和模式,以及當今全球傳粉昆虫生物地理格局和區系的形成等方面有著重要的理論意義,而且在探索虫媒植物和有花植物(被子植物)的起源及昆虫與植物的協同演化關系方面也具有重要的意義。
 
  學界對於該成果給予了肯定。英國北安普頓大學的著名昆虫學家Ollertong教授和Coulthard教授在《科學》雜志同期發表的特邀評論中寫到:任東等人的工作向傳統的白堊紀晚期傳粉昆虫與開花植物之間的協同演化經典模式提出了挑戰,揭示了一種更為復雜的植物和傳粉者之間相互作用的生態學現象。任東等的証據是令人信服的,改變了我們對傳粉昆虫早期生態演化的觀點。
 
  最引人入勝的研究領域
 
  “從石炭紀起,昆虫與早期陸生維管植物的相互作用就已開始,並一直延續至今。而在昆虫與植物相互作用的眾多方式中,昆虫對植物的傳粉是最引人入勝的研究領域。”任東在接受《科學時報》記者的採訪時說道。
 
  作為陸地生物群落中最為重要的組成部分之一,昆虫與植物之間的相互作用是多方面的。對於傳粉昆虫與虫媒植物來說,它們之間最重要的關系就是:昆虫取食種子植物的花粉(裸子植物的傳粉滴或被子植物的花蜜和其他分泌物),與此同時,昆虫也完成了對植物的傳粉。種子植物在授精作用之前必須發生傳粉作用,花粉借外力傳送到胚珠上(裸子植物)或雌蕊上(被子植物),85%的現代被子植物是由昆虫傳粉的。因此傳粉對於種子植物的演化和發展起著決定性的作用。傳粉昆虫與虫媒植物的相互作用與協同演化一直是陸相生態系統中一個重要的研究課題和難點問題。
 
  但由於傳粉昆虫化石的缺乏,科學界對中生代被子植物大發生之前,尤其是侏羅紀傳粉昆虫與虫媒植物的相互作用與協同演化方面的認識還十分有限。
 
  “對傳粉昆虫群落的整體面貌和多樣性輻射發展的過程還缺乏系統的認識﹔昆虫個體大小和口器(喙)長短的差異與不同裸子植物類型之間的取食策略和傳粉機制還不清楚﹔最初裸子植物以昆虫傳粉為輔向被子植物以昆虫傳粉為主的轉移,其內在原因和外部環境的影響因素尚不明了﹔訪花昆虫與開花植物之間相互作用究竟那個佔主導地位還沒有明確的答案。”任東說。
 
  任東一直致力於傳粉昆虫與虫媒植物的相互作用與協同演化研究。早在1998年,他就在演化生物學中白堊紀晚期傳粉昆虫與開花植物之間的協同演化經典模式的基礎上,創造性地利用訪花虻類昆虫化石証實了被子植物在中國東北晚侏羅世—早白堊世已經存在,將被子植物起源時間向前推進了至少2000萬年。為解決被子植物的起源時間和地點這一植物學界的重大難題作出了貢獻。
 
  十年磨一劍的堅持
 
  此后的十年,任東為獲得傳粉昆虫化石付出了不懈努力,並對我國北方的中生代晚期傳粉昆虫開展了持續研究。在採獲的大量傳粉昆虫化石中,任東陸續發現了直翅目、半翅目、鞘翅目、雙翅目等8個科近20余種新的傳粉昆虫化石。
 
  在這些豐富的化石材料中,長翅目的3個絕滅科級類群——中生蠍蛉科、阿紐蠍蛉科和擬蠍蛉科具有特別重要的科學意義。
 
  “之所以說這三類化石具有特別重要的科學意義,是因為這3個類群均發育有一個細長的虹吸式口器,在長翅目昆虫中是首次發現。系統發育分析也表明這3個類群是現代長翅目昆虫的最近緣類群。”任東解釋說。
 
  而對這3個類群的虹吸式口器的功能形態研究和口器中殘余物地球化學微量元素分析均表明,口器是昆虫用來吸食植物汁液的,同時也表明昆虫喙的長短在當時產生了明顯的分化。
 
  任東指出,隨著白堊紀以來被子植物的大發生,昆虫傳粉類群和傳粉方式也發生了轉變,由此產生了現代豐富多彩的昆虫傳粉模式。這種新的虹吸式口器類型就代表了侏羅紀被子植物大發生之前一種新的傳粉模式。因此,該研究成果將為確定一些重要傳粉昆虫類群的起源、早期演化和一些關鍵特征的演化提供直接的証據。
 
  雖然在昆虫—植物協同演化研究領域再次取得了突破性進展,任東仍感時間緊迫。經過近20年的野外採集積累,目前任東等已採獲燕遼地區各類中生代晚期昆虫化石超過15萬件,其中傳粉昆虫化石近5000件,大部分保存完好。而且他們已經對4個目8個科近20余種新的傳粉昆虫化石展開了研究。“但由於我國古傳粉昆虫學研究開展較晚,投入有限,同時由於研究對象(化石)的特殊性,研究周期較長,涉及昆虫類群較廣,現已研究的傳粉昆虫僅佔所採化石的1/20左右,對燕遼昆虫群和熱河昆虫群中傳粉昆虫的信息了解仍然不夠,已採到的傳粉昆虫化石所應有的巨大科學價值還沒有充分發揮出來,大量的研究工作急需進。”任東告訴記者。
 

(責任編輯:喬舟(實習))
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