世界上第一朵花的解剖学争论

向日葵和所有其他开花植物可能来自同一个祖先。来源:丹尼斯·斯托克/马格南

一项重建世界第一朵花的雄心勃勃的努力引发了一场关于一朵花是否可以有某种形式的争论。

这个名为eFLOWER的项目结合了无与伦比的植物特征数据库、大量关于进化关系的分子数据和复杂的统计模型，来理解所有现代开花植物的祖先是什么样的。相关结果于去年8月1日公布后，引起了学术界和媒体的极大兴趣。

但是在那之后，研究人员质疑了一些eFLOWER的预测。最近，俄罗斯莫斯科州立大学的植物学家德米特里·索科洛夫(Dmitry Sokoloff)和他的同事发表了一篇文章，重新分析了相关数据，并展示了第一朵花中关键雌性生殖结构的不同排列。

佛罗里达大学的植物生物学家帕米拉·索尔蒂斯(Pamela Soltis)表示，争论的焦点是花结构的细节，但同时也指向了一个更广泛的问题，即使用统计模型和大数据集来解决生物问题。“即使没有生物学上的可能性，在统计学上也是可能的，”她说。

开花植物是一个明显的进化成功故事。尽管它们仅在大约1.4亿年前出现(大约在第一批种子植物出现后的2亿年)，但它们现在约占所有陆生植物的90%。然而，由于化石花卉的稀缺，植物学家们一直怀疑第一批开花植物是什么样子的。"花卉与大规模多样化密切相关。"索尔蒂斯说，“如果我们不理解第一批开花植物是什么样子，那么我们就不能理解它们是如何达到现在的状态的。”

大约八年前，欧洲植物学家联合会项目招募了一组植物学家来寻找答案。该团队对近800个物种的20多个特征进行了分类。然后，他们将数据与分子进化的研究相匹配，并使用统计模型推断出最早花朵的特征。

这项研究描绘了一朵花的图像，它围绕中心轴对称，包含男性和女性的性器官。EFLOWER的模型还表明，第一朵花的许多器官是圆形的，也就是说，它们排列成同心圆。然而，这篇文章的作者也警告说，一些发现缺乏统计支持。

然而，澳大利亚悉尼皇家植物园的进化生物学家埃尔韦·索奎特说，旋转原始花朵的想法仍然震惊了许多人。许多植物学家最初预测花器官将会以三维螺旋排列——围绕一个中心轴，但不限于一个平面。“这是一种教条主义观点，已经形成很长时间了，但从未得到证实。”他说。

然而，索科尔洛夫感到困惑的是，在索奎特的分析中，花瓣和花的雄性生殖器官排列成螺旋状，而被称为“心皮”的雌性生殖器官排列成螺旋状。他从未见过花中螺旋和螺旋的排列。此外，他和他的同事认为，植物在同一朵花中实现两种不同的器官排列在发育上是不可能的。

索科洛夫说，这是因为这些器官来自植物的同一区域。在一些螺纹花中，心皮的位置决定了男性生殖器官的位置。索科洛夫的团队查阅了欧洲花卉基金会的数据库，发现了同一朵花的四个器官同时以螺旋状排列的例子。然而，经过进一步分析，他们认为每个例子只包含一种生殖器官。

索奎特表示，他的团队随后重新审查了数据，并同意索科尔洛夫的一些(尽管不是全部)担忧。他说，通过更新和扩展数据集来重复他们的分析，现在研究发现，原始花朵中的所有生殖器官都可能被旋转。然而，如第一次分析所述，一些修订结果的统计支持度相对较低。"过去它是不确定的，但现在它仍然是不确定的。"索奎特说，“我们还不知道最终的答案。”

索科洛夫指出，eFLOWER项目采用的方法的一个基本问题是，在将一朵花的特征组合成一朵连贯的花之前，要独立地评估它的每一个特征。"他们分别分析了每个特征的演变."他说，“但是一些特征的组合是不可能的。”

然而，索奎特仍然认为，现代花卉中缺乏一些特殊的形式并不意味着它们从未存在过。他说:“过去有很多奇怪的东西，但现在我们看不见了。”

在里士满弗吉尼亚联邦大学研究植物进化的张文恒说，解决关于第一朵花的争议需要更大的数据库和更复杂的模型。她说eFLOWER项目研究是现代技术如何与经典形态学结合来解决植物起源基本问题的一个例子。"这种研究使植物学家转向形态学."张说:“这只是回到基本问题。”

(晋南编)

《中国科学报》(2018-02-13，第三版国际版)

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