南京古生物所等發(fā)現(xiàn)最早的有花植物昆蟲傳粉證據(jù)
花蚤和花粉標(biāo)本照片
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人類的大部分食物來自被子植物（開花植物），而90％以上的被子植物需要昆蟲授粉。如此重要的授粉行為是什么時(shí)候開始在地球上出現(xiàn)的呢？中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研人員在緬甸琥珀中的新發(fā)現(xiàn)，為最早的被子植物蟲媒傳粉提供了直接證據(jù)。相關(guān)研究于11月12日在線發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
被子植物（有花植物）是當(dāng)今最繁盛的植物類群?；涗涳@示被子植物在白堊紀(jì)中期突然大量出現(xiàn)。達(dá)爾文將這一“反?，F(xiàn)象”稱為“討厭之謎”。許多被子植物通過昆蟲進(jìn)行傳粉（蟲媒傳粉），從而促進(jìn)基因流動(dòng)，形成高度的多樣性。因此，昆蟲傳粉被認(rèn)為是白堊紀(jì)中期被子植物大爆發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素。盡管白堊紀(jì)中期昆蟲和被子植物的種類已經(jīng)較為豐富，但此時(shí)期被子植物蟲媒傳粉的直接證據(jù)卻一直缺失。
南京古生物所“現(xiàn)代陸地生態(tài)系統(tǒng)起源與早期演化研究團(tuán)隊(duì)”的聯(lián)培博士生包童（波恩大學(xué)與南京古生物所聯(lián)合培養(yǎng)）在研究員王博的指導(dǎo)下，與研究員李建國和美國David Dilcher教授合作，在白堊紀(jì)中期（約1億年前）緬甸琥珀中發(fā)現(xiàn)了真雙子葉植物經(jīng)花蚤科甲蟲進(jìn)行傳粉的直接證據(jù)。該研究結(jié)果證實(shí)了許久以來學(xué)者們關(guān)于白堊紀(jì)甲蟲是早期被子植物傳粉者的猜想，填補(bǔ)了早期被子植物蟲媒授粉證據(jù)的空白，為解答達(dá)爾文的“討厭之謎”提供了一個(gè)關(guān)鍵證據(jù)。
該研究報(bào)道了緬甸琥珀中一個(gè)身體攜帶大量花粉的花蚤科甲蟲，定名為緬甸訪花花蚤（Angimordella burmitina）。該枚化石右側(cè)被密集小氣泡遮擋，只有左側(cè)特征可被觀察。研究團(tuán)隊(duì)利用高分辨率光學(xué)顯微鏡和顯微斷層掃描技術(shù)（顯微CT）對花蚤身體形態(tài)進(jìn)行分析，獲得了高精度三維圖像。琥珀花蚤的身體側(cè)扁，并呈C型彎曲，后足極其發(fā)達(dá)適于跳躍。該體型非常適合在花冠上移動(dòng)，從而高效地接觸并攜帶花粉。此外，該花蚤口器的下顎須末節(jié)膨大，用于收集和取食花粉顆粒。
研究團(tuán)隊(duì)對琥珀標(biāo)本精細(xì)打磨處理后，利用激光共聚焦顯微鏡和高倍光學(xué)顯微鏡的觀察，發(fā)現(xiàn)花蚤的腹部、鞘翅和身體附近保存了至少62枚花粉顆粒，并確定了這些花粉屬于典型的三溝型花粉。三溝型花粉指每個(gè)花粉顆粒上具三條輻射排列的溝，這也是真雙子葉植物的重要鑒定特征。琥珀中這些花粉個(gè)體較大，表面有復(fù)雜紋飾，部分顆粒形成花粉團(tuán)，揭示了早期被子植物蟲媒花的花粉特征。
綜合花蚤身體構(gòu)型、口器形態(tài)、體毛特征、花粉形態(tài)等一系列證據(jù)，該研究確定此琥珀標(biāo)本展現(xiàn)了白堊紀(jì)中期花蚤類甲蟲對被子植物的傳粉行為，揭示了早期真雙子葉植物的蟲媒傳粉機(jī)制，并提供了白堊紀(jì)最早的被子植物蟲媒傳粉的直接證據(jù)。
甲蟲是現(xiàn)今自然界中物種最豐富的昆蟲類群，真雙子葉植物也占據(jù)被子植物中的主體。甲蟲等昆蟲對真雙子葉植物的傳粉行為是維持現(xiàn)今陸地生態(tài)系統(tǒng)和人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。該研究提供的證據(jù)表明真雙子葉植物的蟲媒傳粉機(jī)制已經(jīng)于1億年前出現(xiàn)。
相關(guān)研究工作得到中科院、國家自然科學(xué)基金委、國家科技部的支持。南京古生物所副研究員殷宗軍和吳素萍提供了顯微CT的技術(shù)支持，工程師方艷提供了激光共聚焦顯微鏡的技術(shù)支持。
花蚤傳粉復(fù)原圖
注：本文轉(zhuǎn)載自中國科學(xué)院。
