?“解救”達爾文

春天，萬物復蘇的信號一發出，樹枝上就冒出了新芽，含苞待放的花蕾掛滿枝頭，時機一到，各種各樣的花就迎來了大爆發。五顏六色的花朵讓大自然褪去了單調的色彩，讓世界變得生機盎然。然而，一百多年前，英國生物學家查爾斯·達爾文看到這樣的情景時，卻心生氣憤——這些花是從哪兒來的？

當然，達爾文不是對花粉過敏，也不是討厭花，而是他的進化論似乎受到了花的挑戰。根據當時所知的化石記錄，自大約1億年前（白堊紀中期）起，被子植物似乎經歷了突然的起源和爆炸式的多樣化。到了白堊紀晚期，它們已經遍布大陸，并且形狀和大小變得千差萬別，呈現了豐富的多樣性。而達爾文的進化論認為，物種的進化在自然選擇的驅動下緩慢進行。那么，被子植物的花朵真的是在很短的時間內出現并多樣化的嗎？它們是怎么做到的？

達爾文被困在了關于花的這些問題中，最終也沒有找到答案。一百多年來，這些問題同樣困擾著其他生物學家。如今，各種新的研究成果似乎找到了解答這些問題的答案，有望將達爾文從花之困惑中“解救”出來。

開花植物的DNA倍增

從達爾文掌握的植物化石來看，沒有證據顯示被子植物是從哪種植物進化來的，也沒有證據顯示它們的進化過程，它們就好像走在了進化的快車道上，并以極快的速度完成了進化。一百多年來，隨著更多被子植物化石被發現，可以證明被子植物并不是突然出現，不過它們的進化速度確實比較快。

在太平洋小島新喀里多尼亞，生長著一種被稱為無油樟的植物?？茖W家們認為，無油樟是被子植物進化中最早期分支之一的幸存者，而這個分支可以追溯到所有開花植物的最后一個共同祖先。通過對無油樟的研究，我們或許可以了解所有開花植物的最后一個共同祖先的信息。

2013年，科學家對無油樟基因組的研究結果顯示，第一批被子植物大約出現于2億年前，這比達爾文時代所認為的被子植物最早的出現時間早了大約1億年。而科學家認為，第一批被子植物可能是從某種蕨類植物進化而來的。

那么，蕨類植物為何會進化出被子植物呢？研究顯示，促成這一進化的是一種特殊的基因突變——“DNA倍增事件”。所謂DNA倍增事件是通過突變，獲得“雙倍劑量”的遺傳物質。在脊椎動物中，也會發生類似的事件，但是這種突變通常是致命的。植物則不同，它們通常能在這種情況下存活下來，有時還能從復制的基因組中受益。通常情況下，經過幾代的時間，大多數來自DNA倍增事件的重復基因就會消失。不過有時，重復的基因片段卻會被利用起來，為整個基因組培育更高效率、更專業化的新功能，比如大約2億年前植物中的DNA倍增事件所產生的一些基因片段就承擔起了控制花器官發育的功能。

而這種DNA倍增事件在被子植物的進化過程中不止一次發生，這為不同的被子植物的基因組加入了大量的DNA，它們也因此進化出各種新功能，這使得被子植物變得更多樣化?？梢哉f，如果沒有DNA倍增事件幫助創造的基因，我們今天所知的開花植物可能就不存在了。

DNA倍增事件解釋了被子植物如何突然變得多樣化，除此之外，被子植物是不是還有某些特殊的方法來為自己的進化加速？

加速進化的妙法——縮小基因組

被子植物進化速度加快的秘密就藏在它們的身上。美國耶魯大學和美國舊金山州立大學的科學家收集了近400種被子植物、蕨類植物和裸子植物，并對它們的基因組大小、細胞大小、氣孔密度（氣孔的數量或者葉片上的微孔的數量）等進行了研究。他們發現，被子植物的基因組大約從1.4億年前開始在漸漸縮小。而這個時期，恐龍仍在地球上漫步，被子植物則快速在地球上“擴張”。那么，基因組縮小和被子植物走向繁盛，這之間有什么聯系嗎？

科學家認為，基因組的大小和細胞大小有著緊密的聯系，這是因為基因組所在的細胞核的大小決定了細胞最小尺寸。而對于開花植物來說，更小的基因組，也就是更小的細胞對它們是有益的。因為這使得與其他同體積的植物組織相比，它們的組織可以容納更多的細胞，從而極大地提高了新陳代謝效率。更小的細胞還使被子植物葉片上擁有更多的葉脈和氣孔，這提高了植物的蒸騰、光合作用和生長速率。這一切無疑加快了被子植物的進化速度。

那么，被子植物的細胞為何在1.4億年前縮小呢？它們是如何做到這一點的？在對遠古氣候的研究中，科學家發現在1.4億年前的一段時間內，地球大氣中的二氧化碳水平下降，這對于依賴二氧化碳生存的植物來說是件壞事。科學家推測，為了適應環境的變化，被子植物縮小了自身的細胞，這種情況正與達爾文的進化論吻合。

暗藏玄機的花藥

除了出現的時間、快速的進化和多樣性，困擾達爾文的還有被子植物如何能快速在地球上傳播。一項對花藥的研究似乎為解答這個問題提供了一些線索。

美國加州大學的研究人員對山字草花進行了研究，他們發現了花朵中的玄機?；ㄋ幨腔ǖ纳称鞴?，是雄蕊的一部分，花藥中含有花粉。只有將一朵花花藥上的花粉傳到雌蕊柱頭上，這朵花才能結出果實。通常情況下，每一朵花都有兩組花藥，它們的顏色、大小和位置都不同。一直以來，人們認為，這兩組花藥是有分工的，其中的一組花藥是用來吸引和喂養傳粉者的，而另一組不太顯眼的花藥則是負責悄悄將花粉撒到傳粉者身上的，這樣傳粉者才能在不知情的情況下幫助傳粉。不過新的研究顯示，兩組花藥可能沒有分工，它們的作用同樣是吸引傳粉者。那么，為什么需要兩組花藥呢？

研究顯示，這正是花的“聰明”之處。兩組花藥釋放花粉的時間不同，每組花藥每次只能釋放少量的花粉，這使傳粉者每次只能從一朵花中得到少量的花粉，如此一來，傳粉者就不得不光顧其他的花，才能采集足夠多的花粉。而這個過程中，傳粉者不知不覺就將一朵花的花粉傳到了另一朵花上。

而正是開花植物進化出了這種優化傳粉者行為的辦法，才實現了最大限度地在花之間傳遞花粉，從而使大量繁衍后代成為可能。這或許推動了被子植物的種群繁衍，加快了它們在世界各地的傳播。

沉入海底的秘密

如今，達爾文關于花的一部分困惑已經被解開，但是這些答案大部分是通過現有的植物追溯遠古被子植物，至于最初的被子植物是什么樣的？它們從什么植物進化而來？在漫長的歷史中它們經歷了怎樣的變化？科學家們沒有找到相關的化石，看不到它們的變化。達爾文曾因苦于無法解決這個問題不得不提出，最早的開花植物可能是在一個遙遠的、孤立的地方緩慢進化而來，之后傳遍陸地。而那個地方，在達爾文時代是無法到達的，或許在現代它也是無法到達的，因為它可能早已沉入汪洋大海。

2017年，一些地質學家稱，在澳大利亞東部海域的海底發現西蘭洲，這似乎印證了達爾文不得已的猜想。西蘭洲曾與澳大利亞和南極洲一起組成陸地的一部分，在1.05億年至8000萬年前才脫離了大板塊。隨后，由于各種地質構造運動的影響而沉入海底。而西蘭洲的最高點現在是在海面之上的，它們就是新喀里多尼亞和新西蘭。在這些地方，研究人員發現了數量最多的現存最古老的被子植物群。不僅如此，曾與西蘭洲為鄰的澳大利亞也有現存最古老的被子植物群。因此科學家推測，西蘭洲也曾生長著古老的被子植物。

而脫離大板塊的西蘭洲是一片獨立的大陸，從某種角度來說，它是類似于新西蘭和新喀里多尼亞的島嶼。由于環境的限制，島嶼上往往能產生一些特有物種，就像新喀里多尼亞的無油樟。研究人員認為，被子植物可能就起源于西蘭洲，成為西蘭洲的特有物種，并進化出多樣性，之后才傳播到世界各地。這或許正是科學家們一直沒有找到最早的被子植物化石的原因。

在幾代科學家的努力下，困擾達爾文的開花植物之謎逐漸被解開了。不過要完全解答關于開花植物的疑問，或許還需找到開花植物的源頭，唯有這樣，才算是真正將達爾文從對花的困惑中“解救”出來。

（摘自微信公眾號“大科技”）