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科学家发现了有翅膀的种子的最早例子之一,从而深入了解植物风传播策略的起源和早期进化。这项研究发表在《eLife》上,详细描述了第二早的已知有翅种子——Alasemenia,它们来自晚泥盆世,大约3.6亿至3.85亿年前。作者使用被编辑称为可靠的数学分析来证明,Alasemenia的三翅种子比一翅、两翅和四翅种子更适应风传播。
植物种子的风传播是一种自然机制,植物可以通过空气将种子传播到新的地方。这有助于减少资源竞争,增加植物的生存机会。风传播策略的例子包括风滚草、蒲公英和马利筋等降落伞种子,以及枫树等有翅膀的种子,通常被称为直升机种子。
已知最早的植物种子可以追溯到晚泥盆世。
“这一时期是植物进化史上一个重要的里程碑,因为它们从蕨类植物和苔藓等以孢子为基础的繁殖过渡到以种子为基础的繁殖,”本文第一作者、北京大学地质系造山带与地壳演化重点实验室教授王德明解释说。“然而,人们对这一时期种子的风传播知之甚少,因为大多数化石没有翅膀,通常被保护性的壳斗包裹着。”
壳斗是一种杯状结构,可以部分包裹种子,很像橡子或栗子(尽管泥盆纪壳斗与现代壳斗并不是同一起源),并且可能与其他传播方式有关,例如水运。
为了更好地理解早期风传播机制,王教授及其同事研究了来自中国安徽省新杭镇剑川矿的几块晚泥盆世种子化石。从中,他们发现了一种新的化石种子——Alasemenia。
他们首先通过仔细分析化石样本描述了Alasemenia的特征,包括制作切片以查看种子的内部结构。他们发现Alasemenia种子长约25-33毫米,并且明显缺乏壳斗,这与同时期的大多数其他种子不同。
事实上,这是已知最古老的无壳斗种子记录之一,比之前认为的早了4000万年。每颗种子都被一层种皮或种皮覆盖,种皮向外辐射形成三个翼状裂片。这些翼向尖端逐渐变细并向外弯曲,形成宽而扁平的结构,可能有助于种子捕捉风力。
随后,研究小组将Alasemenia与晚泥盆世的其他已知有翅种子Warstenia和Guazia进行了比较。这两种种子都有四个翅膀—Guazia的翅膀宽而平,而Warstenia的翅膀短而直。
研究人员进行了定量数学分析,以确定哪种种子的风力传播效率最高。结果表明,像Alasemenia种子一样,拥有奇数个翅膀的种子在从树枝上落下时,旋转速度更稳定、更高,从而更有效地捕捉风力,因此可以传播到离母株更远的地方。
“Alasemenia的发现增加了我们对早期陆地植物风传播策略起源的认识,”中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员、资深作者黄浦说。
“结合我们之前对Guazia和Warsteinia的了解,我们得出结论,由于外皮生长而产生的带翅膀的种子是晚泥盆世第一种风传播策略,早于降落伞或羽流等其他方法。”
王补充道:“晚泥盆世在阿拉塞梅尼亚发现的三翅种子随后会在石炭纪出现双翅种子,然后在二叠纪出现单翅种子。”
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