一亿年前的铁树开花时,它们“臭味相投”!

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  出品:科普中国

  制作:中国科学院南京地质古生物研究所 盛捷 陈孝政

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

  这个世界上,总有一个与你“惺惺相惜”或者“臭味相投”的存在。铁树,也不例外。

  这里说的“铁树”,便是成语“铁树开花”中的铁树。

  

  开花的铁树,左为铁树雌花,右为铁树雄花(图片来源:维基百科)

  现生的铁树开花后,其花朵会散发出一种奇特的“臭气”。一种名为澳洲蕈甲的小甲虫,被铁树花的“臭气”和散发的热量所吸引,究其一生,也只以铁树的花粉为食,可以说是铁树花的“死忠粉”!

  近日,中外科研人员发现,属于澳洲蕈甲类的一种小甲虫,从一亿年前,便被铁树花的“臭味”所吸引,以铁树花粉为食,并为铁树传粉。相关研究成果于2018年8月16日在线发表于《当代生物学》(Current Biology)杂志上。

  那么,跨越一亿年的爱,又是什么样子的呢?

  谁帮铁树传花粉?

  铁树,它的大名为:苏铁类植物,是一类古老而独特的裸子植物。苏铁类植物虽然目前种类不多(多生活在热带),但其起源可以追溯到二叠纪,在中生代(特别是侏罗纪和白垩纪)非常繁盛。因此侏罗纪又叫“苏铁与恐龙时代”。

  

  南京古生物所院子里的多棘沱江龙(模型)与铁树(真的)(图片来源:中科院南古所)

  铁树是严格的虫媒裸子植物。目前认为,自然状态下,铁树的传粉和繁殖,需要昆虫协助完成,其传粉者主要包括多种甲虫(鞘翅目)和一些蓟马(缨翅目,是重要的经济害虫之一)。现生松柏类、银杏类等则是风媒裸子植物。

  虽说,中生代地层中,苏铁类植物化石十分常见,但是,与苏铁传粉早期演化相关的直接化石证据,长期缺失。

  

  (图片来源:中科院南古所)

  此次,中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的副研究员蔡晨阳和研究员黄迪颖,对大量缅甸琥珀昆虫化石进行系统地收集和研究,并与中外同行合作,发现了一种形态特化的澳洲蕈甲科(Boganiidae)的甲虫,是个新的属种。科研人员将其命名为:喜苏铁白垩似扁甲(Cretoparacucujus cycadophilus Cai and Escalona, 2018)。与此同时,在这枚琥珀标本中,还发现了许多聚集成簇的苏铁花粉。

  

  显微镜下,保存于缅甸琥珀中的喜苏铁白垩似扁甲与苏铁花粉(图片来源Beetle pollination of cycads in the Mesozoic)

  长达1.67亿年的稳定关系

  科研人员分别从功能形态学、支序系统学和生物地理学等多学科对这枚标本进行了综合研究。

  从功能形态上看,这枚白垩纪中期(约1亿年前)缅甸琥珀里,有一只保存完好的澳洲蕈甲科昆虫,这只昆虫体长约2毫米,口器特征非常特化,相较于一般甲虫,下颚须很长,占接近身体的三分之一。科研人员推测这一特征可能与嗅觉有关,上颚基部具有带毛小窝,这些形态特征与现生取食花粉的甲虫(如澳洲蕈甲、某些露尾甲等)十分相似。

  

  白垩纪中期喜苏铁白垩似扁甲头部放大(图片来源Beetle pollination of cycads in the Mesozoic)

  从支序系统学分析,基于现生澳洲蕈甲的所有已知属和化石属,白垩似扁甲属与现代生活在澳大利亚西南部的似扁甲属构成姊妹群的关系。

  从生物地理学上看,现代南半球两个大陆(澳洲、非洲)上的澳洲蕈甲与铁树之间的关系都非常紧密。喜苏铁白垩似扁甲的发现,验证了澳洲蕈甲与某些苏铁的传粉关系早已建立。

  

  苏铁与蕈甲科昆虫传粉者的生物地理分布,以及传粉者之间的系统关系(图片来源Beetle pollination of cycads in the Mesozoic)

  Tip:在澳大利亚西南部有着泽米科苏铁,而现生的似扁甲属的甲虫便专门取食它的花粉,并协助其传粉。

  而远在非洲大陆(南非的东南部)的非洲苏铁属的主要传粉者便是另一属的澳洲蕈甲。

  

  澳大利亚西南部的泽米科苏铁(Macrozamia riedlei)和澳洲蕈甲(图片来源:维基百科)

  通过细致观察,研究人员在这枚甲虫标本的身体和口器旁,还发现了许多微小的呈椭圆形的花粉。

  

  与喜苏铁白垩似扁甲保存在一起,呈“抱团”状的苏铁类花粉(图片来源Beetle pollination of cycads in the Mesozoic)

  南京古生物所李丽琴博士对此花粉形态进行了详细研究后认为,此次琥珀中的花粉,大多“抱团”,形成或大或小的花粉簇,最可能来源于苏铁类植物。花粉簇的形成,暗示其可能是一类虫媒植物。而风媒植物花粉是以单粒的形式散播,几乎不会“抱团”。

  这再次佐证了白垩似扁甲很可能是一类早期苏铁的传粉者。所以,这些花粉的发现,也首次证明了远古缅甸森林中曾经生活着苏铁类植物。

  

  白垩纪中期喜苏铁白垩似扁甲的生态复原(图片来源:维基百科)

  该研究结果证明,甲虫与苏铁之间传粉关系起源很早,不晚于侏罗纪早期,它们关系的建立远早于人们熟知的蜜蜂、蝴蝶等传粉者与被子植物之间的关系。并且,这种甲虫与苏铁的传粉关系还相对稳定,至少从侏罗纪早期(距今1.67亿年)一直延续至今。

  

  图片来源:百度图片

  本项研究由中国科学院、国家科技部、国家自然科学基金委和江苏省自然科学基金联合资助。

  论文信息:

  Chenyang Cai*, Hermes E. Escalona, Liqin Li, Ziwei Yin, Diying Huang, Michael S. Engel (2018) Beetle pollination of cycads in the Mesozoic. Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2018.06.036

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)

  

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