3.65亿年前化石揭秘最古老种子植物如何捕获花粉

中国科学院南京地质古生物研究所等中外合作伙伴、北京大学地球与空间科学学院副教授薛进庄团队近日在浙江长兴泥盆纪晚期(约3.65亿年前)地层发现了一种全新的种子植物化石，通过计算流体力学方法分析了早期种子植物的雌性繁殖体-胚珠捕捉花粉的性能，为早期种子植物的风传粉策略提供了新的看法。

本研究生产于君木发枝系统和胚珠化石标本(产于浙江长兴泥盆纪晚期地层)。薛进庄供图

近日，这篇关于种子植物领域重要研究成果的论文在《英国皇家学会B辑》中发表(Proceedings of the Royal Society B)发布。

薛进庄领导这项研究的研究表明，种子植物胚珠能否成功捕捉花粉是决定其能否完成有性生殖的决定性因素。

这项研究表明，种子植物化石包括分枝系统、羽状复叶、胚珠(种子)等。其中，胚珠成对生在能育枝的顶端，有一张四裂珠被，每个胚珠的侧面都有一个二裂支架。这些形态特征不同于目前已知的其他种子植物，代表了一种全新的类型。研究小组将其命名为“君木二裂”，这是一个“君木”的名字，旨在纪念地理学家丁文江(君)先生在中国地质学初期的基础奉献。

基于100多个化石标本，研究小组重建了君木胚珠的3D数字模型，通过计算流体力学方法，探讨了早期胚珠如何捕捉空气中的花粉流。分析表明，裂纹珠被可以显著降低胚珠顶部的气流速度。君木的珠被裂可以减缓91%左右的气流。气流减速后，它携带的花粉可以释放在胚珠顶部，然后授粉。

相比之下，研究人员模拟了另一种更复杂的胚珠。结果表明，其珠被和巨大的托斗可以将气流速度降低80%至99%。而且由于其托斗从周围包围胚珠，对不同方向的气流也有同样的效果，说明复杂的胚珠结构在风媒效率上更有优势。

流体力学分析(上排为中国君木胚珠;下排为北美Elkinsia胚珠;模拟分析:李炳鑫)，最早的种子植物胚珠及其风媒传粉特性。薛进庄提供图片

薛进庄总结说，在君木化石的发现和研究中，如何更好地利用空气流动和捕捉花粉，是在虫媒传粉策略演变之前，塑造最早种子形态的关键因素。(结束)