青島科技大學(xué)進(jìn)化生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)，從琥珀中發(fā)現(xiàn)了迄今為止地球上最古老的完整花朵，并為其找到現(xiàn)存后裔

穿越億年時(shí)光，這朵花如何找到“知音”

王碩教授在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究

約一億年前的鼠李科Phylica屬琥珀化石

圖為生長在非洲南部的琥珀化石植物的現(xiàn)存后裔——鼠李科植物Phylica屬

周末人物·中國新聞名專欄

□ 圖文/本報(bào)記者 肖芳

21塊晶瑩綺麗的琥珀擺在面前，你會想到什么？是藝術(shù)價(jià)值、商業(yè)價(jià)值抑或藥用價(jià)值？

青島科技大學(xué)的進(jìn)化生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)，用了8年時(shí)間，從中讀出了這樣一個(gè)滄海桑田的故事：

大約1億年前，非洲大陸上有一塊濱海區(qū)域，火山活躍，野火頻發(fā)。在一片茂密的松柏林或南洋杉林下，密集生長著一種低矮灌木。樹脂不斷滴落，將樹下植物的幼芽、花朵、落葉、果實(shí)、花粉包裹起來，然后在風(fēng)吹、雨水等外力作用下漸漸深埋地下，歷經(jīng)地質(zhì)沉積作用終成琥珀化石。在后來的漫長歲月里，這些琥珀隨著大陸板塊的漂移，最終到達(dá)了緬甸北部。而這些植物的后裔，卻一直在非洲最南端繁衍生息、直至今日，并被分類學(xué)家命名為鼠李科Phylica屬（拉丁文，音“菲利卡”，中文石南茶）。

這不是憑空想象。非洲、緬甸、濱海、野火、花朵、后裔、漂移……故事里每一個(gè)關(guān)鍵詞的背后，都有科學(xué)證據(jù)的支撐。2月22日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然-植物》（Nature Plants）拿出一般文章約兩倍的篇幅，以封面論文的形式，以頗具詩意的《盛放于遠(yuǎn)古災(zāi)燼之中》（From the ashes of ancient disaster）為題，重磅發(fā)表青島科技大學(xué)海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院王碩教授團(tuán)隊(duì)的研究成果。該研究從1億年前的緬甸琥珀中，發(fā)現(xiàn)了迄今為止地球上最古老的完整花朵，并證明其現(xiàn)存后裔為一種生存于南非的適火性鼠李科植物。

“學(xué)術(shù)界通常認(rèn)為中生代的植物，除了少數(shù)蕨類和裸子植物，被子植物（開花植物）都已經(jīng)在地球上滅絕了。但我們卻發(fā)現(xiàn)了這朵盛開于中生代白堊紀(jì)的花，并證明它現(xiàn)在仍然在這個(gè)世界上綻放著。這在國際上還是首次?！蓖醮T說。

這朵花，來自恐龍繁盛的白堊紀(jì)，穿越1億年時(shí)光，如今終遇“知音”。這是怎樣一種奇妙的緣分？

打開遠(yuǎn)古之門的“鑰匙”

故事要從人們所熟知的一種寶石——琥珀講起。

走進(jìn)青島科技大學(xué)進(jìn)化生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，首先映入眼簾的是一幅布滿整面墻的世界地圖。它由形形色色、大小不一的琥珀拼組而成，在燈光映射下散發(fā)出金色或棕色的瑩潤色澤。

王碩和她的丈夫施超，是該實(shí)驗(yàn)室的帶頭人。王碩告訴記者，該實(shí)驗(yàn)室琥珀標(biāo)本儲藏量世界領(lǐng)先，達(dá)到3.47萬塊以上，為大英博物館常展量的32倍。其中，植物琥珀化石1.26萬余塊，昆蟲琥珀化石2.18萬余塊，其他類型琥珀化石3200多塊。

這些被收藏的琥珀中，目前已證明包含有1億年前的白堊紀(jì)中期約890多個(gè)植物化石新種屬、至少670個(gè)昆蟲化石新種屬。隨著研究的不斷深入，還會有新物種陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。

琥珀的科學(xué)研究價(jià)值，來自它的“內(nèi)含物”。作為一種有機(jī)寶石，琥珀是由遠(yuǎn)古植物（通常是松柏或杉樹）所分泌的樹脂埋藏于地下，經(jīng)歷長時(shí)間復(fù)雜的理化變化而形成。由于這些樹脂具有流動和黏稠的特性，所以它很容易包裹進(jìn)小型的生物體，形成具有內(nèi)含物的琥珀。

在王碩看來，這些具有內(nèi)含物的琥珀，就是一種天然的“時(shí)空膠囊”，很好地留存了遠(yuǎn)古生物的原本形態(tài)。琥珀中內(nèi)含的生物體，往往保存了其生前的三維立體結(jié)構(gòu)，具有較為完整的形態(tài)，有時(shí)甚至保存了完好的軟組織和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。這些琥珀，是古生物研究中極為珍貴的材料。

當(dāng)今，世界上出產(chǎn)琥珀的地方很多，亞洲的中國撫順、緬甸胡康河谷，美洲的墨西哥灣、多米尼加，歐洲的波羅的海沿岸等地區(qū)，都是有名的琥珀產(chǎn)地。事實(shí)上，地球上除南極大陸之外的各大板塊，均有琥珀產(chǎn)出。

不同地區(qū)的琥珀，形成的年代、表象特征、理化性質(zhì)以及內(nèi)含物種類都不盡相同，性質(zhì)也就有所差別。有的地方出產(chǎn)的琥珀，如果保存不當(dāng)，極易發(fā)生表面風(fēng)化、透明度降低、出現(xiàn)龜裂紋等問題，會對科學(xué)研究造成一定困擾。而出產(chǎn)自緬甸北部的琥珀，不但形成年代久遠(yuǎn)、內(nèi)含物豐富，而且透明度較高、不易風(fēng)化，可供屢次切割打磨，所以成為近年來古生物學(xué)領(lǐng)域，尤其是古今生物多樣性演化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

想要知道一塊琥珀化石的年齡，科學(xué)家通常會通過測量其埋藏層鋯石中的鉛鈾同位素比值來估算。通過對緬甸琥珀埋藏層鋯石的測算，科學(xué)家們認(rèn)定，緬甸琥珀形成于約9900萬年至1億1000萬年前。那時(shí)，地球尚處于中生代白堊紀(jì)中期，大型恐龍還可以在地球上閑庭信步，新生的哺乳類動物尚處于演化的初級階段。

這些緬甸琥珀里，大約有1%具有內(nèi)含物，這1%中又有九成以上是昆蟲，只有不到一成是植物。迄今為止，緬甸琥珀中發(fā)現(xiàn)的生物種類已經(jīng)有數(shù)千種之多，大部分于近幾十年發(fā)現(xiàn)，其中多數(shù)為節(jié)肢動物，亦有少量脊椎動物。

值得一提的是，在緬甸琥珀的相關(guān)研究工作中，中國學(xué)者的參與占比較高。而王碩、施超夫婦，則對數(shù)量最少也最難解析的植物琥珀產(chǎn)生了濃厚興趣。

王碩畢業(yè)于昆明理工大學(xué)，施超畢業(yè)于中國科學(xué)院昆明植物研究所，目前均就職于青島科技大學(xué)海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院，主要從事生物進(jìn)化研究。

多年來，兩人熱衷于收集各類琥珀。他們從進(jìn)化生態(tài)學(xué)角度研究這些琥珀里“凝固的時(shí)光”“瞬間的永恒”，復(fù)原遠(yuǎn)古時(shí)代的地球生態(tài)系統(tǒng)。“研究恐龍時(shí)期的世界”，是兩人對自己工作內(nèi)容的通俗概括。

王碩說，琥珀是打開遠(yuǎn)古之門的“鑰匙”，切開琥珀原石的過程，就像開盲盒，不知道下一秒會有什么驚喜，又會與哪種生物結(jié)緣。

她舉了個(gè)例子：有的琥珀里有一片樹葉，樹葉上有很多昆蟲，通過對這些昆蟲和葉片的類群進(jìn)行鑒定，你就會知道，至少在1億年前，昆蟲對植物的專一性取食可能就已經(jīng)建立了；觀察樹葉表面的保衛(wèi)細(xì)胞和氣孔，就可以看到氣孔的數(shù)量，以及氣孔打開閉合的情況，從而推斷出它所生存環(huán)境的溫度和二氧化碳濃度……

發(fā)現(xiàn)最古老的現(xiàn)存花朵

大約10年前，緬甸琥珀中一種多次出現(xiàn)的植物標(biāo)本，引起了王碩、施超的關(guān)注。這種關(guān)注，起源于一個(gè)矛盾點(diǎn)：

當(dāng)時(shí)，研究緬甸琥珀內(nèi)含昆蟲、脊椎動物的學(xué)者們一致認(rèn)為，緬甸琥珀的形成環(huán)境應(yīng)該是熱帶、亞熱帶雨林環(huán)境。按照這一結(jié)論推斷，在這樣雨水充沛、高溫潮濕、陽光充足的環(huán)境里，生長的應(yīng)是闊葉植物，葉子較為寬大，可以增加與外界氣體交換的面積，從而更好地進(jìn)行光合作用。

但是，出現(xiàn)在緬甸琥珀里的這種植物標(biāo)本，卻呈現(xiàn)出截然不同的特性：它的葉片細(xì)長且緊緊聚縮在一起，葉片表面具有密實(shí)的毛被，可以減少水分流失，呈現(xiàn)出鮮明的耐旱性；它的花和果實(shí)被葉片層層包裹，可以保護(hù)種子在野火中不會受到致命傷害，是耐火植物的典型特征；與這些植物標(biāo)本被同時(shí)包裹在琥珀里的，還有大量疑似被火燒過的植物殘骸，證明了當(dāng)時(shí)的環(huán)境里火災(zāi)頻繁發(fā)生……

植被有對環(huán)境和生態(tài)響應(yīng)最敏捷的指標(biāo)，在東南亞這片溫?zé)釢駶櫟挠炅汁h(huán)境中，怎么會生長出這樣一種與周圍環(huán)境格格不入、特立獨(dú)行的植物？

不解之處就是研究的最好切入點(diǎn)。王碩、施超立即開始對這種植物琥珀展開了研究。沒想到，這一做就是8年。

研究團(tuán)隊(duì)先是通過顯微CT重建、熒光成像等技術(shù)手段，將21塊琥珀中的24個(gè)標(biāo)本放大了上千倍進(jìn)行觀察。他們無損地獲得了這種植物莖、葉、花（含子房）、果實(shí)（含種子）和花粉的表面細(xì)節(jié)和內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)圖，完整復(fù)原了該植物從幼年到成熟的生長發(fā)育全過程。

這是迄今為止國際上最完整的植物化石研究?！爸猩闹参锘浅Ｏ∩?，此前學(xué)術(shù)論文中所報(bào)道過的研究標(biāo)本，往往只是一株植物的部分器官，而我們團(tuán)隊(duì)的研究，完整地復(fù)原了這種植物的全生命周期?！蓖醮T說。

“毫無疑問，這是一種生長在白堊紀(jì)的被子植物，因?yàn)樗谢?。”施超介紹。在植物分類學(xué)中，種子植物又分為裸子植物和被子植物，裸子植物胚珠裸露，沒有果實(shí)，只有種子；而被子植物有真正的花，胚珠包藏在子房內(nèi)，受精之后胚珠發(fā)育成種子，子房發(fā)育成果實(shí)。

此前，學(xué)術(shù)界通常認(rèn)為，中生代的植物，除了蕨類和少數(shù)裸子植物，較為高等的被子植物都已經(jīng)在地球上滅絕了。

那么，問題來了：研究團(tuán)隊(duì)從琥珀中新發(fā)現(xiàn)的、曾出現(xiàn)在1億年前的這種被子植物，是也已經(jīng)滅絕了，還是仍然存活在地球上？具有耐旱、耐火特性的它，又為何會出現(xiàn)在溫?zé)岢睗竦臇|南亞地區(qū)？

帶著這些問題，在接下來幾年時(shí)間里，研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、中國科學(xué)院昆明植物研究所、遼寧撫順琥珀研究所、中國科學(xué)院植物研究所、英國開放大學(xué)、布里斯托大學(xué)、美國堪薩斯大學(xué)等相關(guān)機(jī)構(gòu)合作，跑遍了各地植物標(biāo)本館。他們在排除了不同植物類群間趨同進(jìn)化的可能性后，將琥珀中的植物標(biāo)本與可能的現(xiàn)生植物類群形態(tài)、結(jié)構(gòu)逐一進(jìn)行對照分析。

歷經(jīng)持續(xù)數(shù)年、上萬次的比對失敗后，研究團(tuán)隊(duì)終于在中國科學(xué)院植物研究所（北京）的標(biāo)本館里，發(fā)現(xiàn)了一件來自非洲南部的鼠李科Phylica屬的植物標(biāo)本。這種植物具有毛絨狀的花頭，因此被形象地稱為“毛筆花”，其外形看起來與緬甸琥珀中的植物標(biāo)本十分相似。

于是，研究團(tuán)隊(duì)立即委托合作方南非生物多樣性研究所，在南非開普植物保護(hù)區(qū)實(shí)地采集了幾株現(xiàn)存“菲利卡”，郵寄到中國。

收到“菲利卡”后，研究團(tuán)隊(duì)立即展開了比對分析。結(jié)果讓人振奮：除了表面毛被的具體形態(tài)稍有差異，從莖、葉、花（含子房）、果實(shí)（含種子）到花粉，現(xiàn)存“菲利卡”的解剖結(jié)構(gòu)與琥珀植物標(biāo)本的三維掃描結(jié)構(gòu)，形成了幾近完美的一一對應(yīng)關(guān)系。這就意味著，經(jīng)歷了約1億年的滄海桑田，“菲利卡”的現(xiàn)在形態(tài)竟與億年前的“祖先”基本一模一樣。

“在南非開普植物保護(hù)區(qū)里，野火在硬葉灌木和多漿植物對干旱炎熱環(huán)境的適應(yīng)演化中扮演著重要角色，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)存很多植物都具有火災(zāi)適應(yīng)性，這與琥珀植物標(biāo)本所呈現(xiàn)出的特性也是一致的?！蓖醮T說。

“菲利卡”，這種生長在南非開普植物保護(hù)區(qū)和馬達(dá)加斯加島的瀕危野花，由此成為人類迄今發(fā)現(xiàn)最古老的現(xiàn)存植物，也是罕見的開花植物“活化石”。

從非洲漂移到東南亞

隨著研究團(tuán)隊(duì)對緬甸琥珀的更深入研究，“菲利卡”祖先在白堊紀(jì)時(shí)期的生存環(huán)境被逐漸還原：

琥珀中發(fā)現(xiàn)了菊石、蝦、螃蟹等海洋生物，琥珀表面發(fā)現(xiàn)了海百合、牡蠣、珊瑚等海洋生物的生活遺跡，說明形成琥珀的樹脂滴落之處，是一片靠海的區(qū)域；琥珀中經(jīng)常出現(xiàn)火山灰，以及植物被火燒后留下的殘?jiān)突覡a，表明當(dāng)時(shí)周邊地區(qū)火山活躍，叢林野火頻發(fā)……

“琥珀保存了1億年前空氣、水、土壤的成分，我們通過研究可以逐步復(fù)原1億年前的地球生態(tài)系統(tǒng)?！笔┏f。

現(xiàn)在，還剩最后一個(gè)問題需要解答：“菲利卡”如今都生活在非洲大陸最南部，為何它們的“祖先”卻到了緬甸北部？

板塊漂移學(xué)說，提供了很好的“解題思路”。

眾所周知，如今的地球陸地板塊分為七大板塊?？筛鶕?jù)地質(zhì)學(xué)家的研究，大約在3億年前，整個(gè)地球表面只有一塊超級大陸——盤古大陸。到了約2.5億年前，盤古大陸開始分裂，形成了北方的勞亞古陸和南方的岡瓦納古陸。后來，這兩塊古陸又繼續(xù)分裂、漂移。到了新生代時(shí)期，地球上的大陸最終形成了現(xiàn)在的地理格局。其中，岡瓦納古陸分裂成了如今的非洲板塊、印度板塊、南極洲板塊等。

研究團(tuán)隊(duì)推測，內(nèi)含“菲利卡”標(biāo)本的琥珀，在印度板塊與岡瓦納古陸尚未完全分離前即已形成。隨著岡瓦納古陸的解體和印度板塊的北移，被樹脂包裹的“菲利卡”的祖先便漂移到緬甸北部，而它們的后裔卻一直在南非生生不息。

“這些珍貴的琥珀標(biāo)本，不僅可以作為進(jìn)化生態(tài)學(xué)研究的‘硬證據(jù)’，幫助我們推測早期開花植物的演化模式，還可以為板塊漂移學(xué)說提供重要化石證據(jù)。”王碩認(rèn)為。