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世界上第一朵花的解剖學爭論 部分研究者認為原始花朵的預測結構不存在



 

世界上第一朵花的解剖學爭論 部分研究者認為原始花朵的預測結構不存在

  向日葵和其他所有開花植物很可能來自于一個共同的祖先。圖片來源:Dennis Stock/Magnum

    一項雄心勃勃的重新構建世界上第一朵花的努力引發了一場爭論,此次爭論的焦點是一朵花可不可能具有某種形態。

    這個叫作eFLOWER的項目結合了一個無與倫比的植物特征數據庫、關于進化關系的大量分子數據以及復雜的統計模型,以此了解所有現代開花植物的祖先是什么樣的。相關成果在去年8月1日發表后,吸引了學術界和媒體的濃厚興趣。

    但在此之后,研究人員對eFLOWER的一些預測提出了質疑。近日,俄羅斯莫斯科國立大學植物形態學家Dmitry Sokoloff和同事發表的一篇文章對相關數據進行了重新分析,展示了第一朵花內部關鍵雌性生殖結構的不同排列。

    佛羅里達大學植物生物學家Pamela Soltis說,這場辯論的焦點是花朵結構的細節,但同時指向一個更廣泛的擔憂,即使用統計模型和大數據集解決生物學問題。她說:“即便沒有生物學上的可能性,事情在統計學上也是可能的?!?/span>

    開花植物是進化上的一個明顯的成功范例。盡管它們僅出現在距今約1.4億年前(距離第一批種子植物約兩億年后),但它們已占據現在所有陸生植物的約90%。但由于花朵化石非常稀缺,植物學家長期以來一直猜測第一批開花植物是什么樣子?!盎ǘ渑c大規模的多樣化息息相關?!盨oltis說,“如果我們不了解第一批開花植物是什么樣的,那么我們就無法了解它們如何達到現在的狀態?!?/span>

    大約8年前,eFLOWER項目招募了一組植物學家尋找答案。該團隊對將近800個物種的20多個特征進行了分類。然后,他們將這些數據與分子進化關系研究相匹配,并利用統計模型推斷了最早花朵的特征。

    研究描繪了一朵花的圖像,這朵花是圍繞中心軸對稱的,它同時包含了雄性和雌性性器官。eFLOWER的模型還表明,第一朵花中的許多器官都是輪生的,也就是說它們是以同心圓排列的。但該文章作者同時警告稱,其中一些發現的統計支撐較弱。

    盡管如此,澳大利亞悉尼皇家植物園進化生物學家Hervé Sauquet說,輪生的原始花朵的觀點依然讓很多人震驚。許多植物學家原來預測,花的器官會以三維螺旋狀排——圍繞著一個中心軸但卻不限于單個平面?!斑@是一個長期以來形成的教條觀點,但從未得到證實?!彼f。

    但令Sokoloff困惑的是,在Sauquet的分析中,花朵的花瓣和雄性生殖器官是呈輪生狀排列的,而被稱為“心皮”的雌性生殖器官則是以螺旋狀排列的。他從未在一個花朵中看到過輪生和螺旋狀相結合的排列方式。此外,他和同事認為,植物在同一個花朵中實現器官的兩種不同排列在發育學上是不可能的。

    Sokoloff說,這是因為這些器官來自于植物的同一個區域。在一些輪生花朵中,心皮的位置決定了雄性生殖器官的位置。Sokoloff的團隊回顧了eFLOWER項目的數據庫,找到了同一朵花中器官同時以輪生和螺旋狀排列的4個例子。但經過進一步分析,他們認為每個例子只包含了一種生殖器官。

    Sauquet稱,他所在團隊隨后重新審視了那些數據,他們贊同Sokoloff所擔心的其中一些數據,盡管并非所有數據。他說,通過更新和擴大的數據集來重復他們的分析,現在研究發現原始花朵中所有生殖器官可能都是輪生的。但修正后的一些結果擁有的統計支撐相對較低,正如第一次分析所說的那樣?!耙郧八遣淮_定的,現在它仍然不確定?!盨auquet說,“我們還不知道最終的答案?!?/span>

    Sokoloff指出,eFLOWER項目所采用方法的一個基本問題是,在把一朵花的特征組合成連貫的花朵之前,獨立地評估它的每個特征?!八麄儐为毜胤治隽嗣總€特征的進化?!彼f,“但是一些特征的組合是不可能的?!?/span>

    盡管如此,Sauquet仍然認為,現代花朵中缺乏的一些特殊形態并不意味其從未存在過。他說:“以前曾有過很多稀奇古怪的事物,但如今我們看不到了?!?/span>

    里士滿弗吉尼亞聯邦大學研究植物進化的Wenheng Zhang說,解開第一朵花的爭議需要更大的數據庫和更復雜的模型。她說,eFLOWER 項目研究是現代技術如何與經典形態學相結合,解開關于植物起源的基本問題的一個例證?!斑@類研究把植物學家重新導向形態學?!盳hang說,“它只是回歸到基本的問題?!?/span>




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