植物

山西阳泉发现早二叠世大型科达木化石群

科达是一类已经绝灭的裸子植物，曾在晚石炭世－二叠纪盛极一时，全球广泛分布，是该时期陆地植被中的优势分子之一，亦是重要的成煤植物。科达植物的叶化石在我国北方的晚石炭世－晚二叠世地层中分布十分普遍。该类植物经常被解释为高大的乔木类型，在远古森林中扮演着冠层植被的角色。但是在华夏植物区它们的茎干化石却相对较为少见，对它们内部解剖结构和生活习性的理解与同时期欧美植物群相比较为薄弱；作为冠层植被，它们能够生长的直径和高度一直以来也没有一个较为清晰的认识。近期，研究者在我国山西省阳泉市早二叠世太原组上部的一层砂岩中（地方地质资料中称为“黄大肚砂岩”）发现了一个木化石群，据统计该木化石群共由211 棵大型的科达类植物茎干组成。该化石群中茎干保存了具有横隔的髓部和密木型的次生木质部；其中，直径大于30 厘米的茎干共有90 棵，最粗的茎干基部直径可达1.36 米；基于茎干基部直径的数值计算出这类植物最高可达43.54 米，是目前国内已发现和报道的个体最大的科达茎干化石。茎干木材中均没有生长轮发育，含化石地层上、下具有煤层出露，表明阳泉地区该时期气候潮湿且十分稳定，没有明显的季节性变化。此外，16 棵化石木材连同其复杂的根系共同保存在三角洲平原上的分流河道砂岩中，表明这些植物原本生活在河岸带；堤岸在河道侧向迁徙过程中发生侵蚀造成原本生活在这一环境下的植物被带入河道并最终埋藏，形成化石群落。目前我国二叠纪成煤沼泽中的科达类植物尽管也被认为是冠层植被，但个体都相对较为矮小，直径最粗的不超过30 厘米；而在碎屑环境中，该类植物个体可以生长得更为高大。尽管根据欧美地区化石材料的系列研究认为大型的科达类植物一般生活在盆地外较为干旱的高地中，但当前的研究表明在二叠纪时期的华北地区，它们依然生活在水分条件充足的三角洲平原和泛滥平原上，反映出该类植物具有多元化的生态习性。（Palaeoworld, 2020，https：//doi.org/10.1016/j.palwor.2020.04.008）

蓝色果实的秘密

果实是被子植物繁殖器官。为了更好地适应环境和繁殖后代，被子植物进化出了各种各样的果实，且色彩丰富。在众多果实中，蓝色果实非常罕见，因为使果实呈蓝色的色素化合物在自然界中并不常见。但欧洲一种受欢迎的园林植物——地中海荚迷的金属蓝色果实却以一种特殊的方式拥有这种颜色。与单纯依靠色素不同，这些果实利用结构颜色反射蓝光，这在植物中很少见。结构色在动物中很常见，尤其是鸟类、甲虫和蝴蝶，但只在少数植物的果实中发现有结构颜色。因此地中海荚迷除了表现出一种完全新颖的结构颜色机制，也是少数已知的具有结构颜色的果实之一。大多数植物的细胞壁由纤维素构成，而地中海荚迷果实细胞的细胞壁则要厚得多，有成千上万球状的脂质分层排列，这些脂质能反射蓝光。这种所谓的脂质多层结构使水果在不含蓝色色素的情况下呈现出鲜艳的蓝色。此外，这种脂质还可能带给果实营养。这意味着这种果实可以通过呈现出美丽、闪亮的蓝色来展示它的营养价值。这种额外的营养对于地中海荚迷的主要“消费者”——传播植物种子的鸟类来说非常重要。（Current Biology，2020，https：//doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.005）

红花“色号”的分布规律

花儿为什么这样红?其实答案很简单，为实现传粉、繁殖，植物进化出各种色彩的花来吸引传粉者，而且红色花的“色号”之多堪比口红。很早之前，人们就注意到鸟媒花多为红色，而红色的花也多为鸟媒花。为此，形成了两种主要假说解释红色在鸟媒花中的作用：吸引鸟类和回避蜂类。吸引假说认为红色在鸟类看来更加醒目，可以更好地吸引鸟类传粉者。而对鸟媒花而言，蜂类的传粉效率通常很低，而且蜂类的盗蜜、盗粉行为会降低植物的繁殖成效，所以回避假说认为红色是为了回避蜂类。从视觉的角度分析，这两种假说都合理。鸟类为四色色觉动物，除紫外光/蓝紫光、蓝光和绿光受体外，还具备红光受体，这让它们能够轻松地找到红色目标。而蜂类为三色色觉动物，仅有紫外光、蓝光和绿光受体，缺乏对红光敏感的受体，因此处理红色信号的能力较差。特别是在自然环境中，蜂类要从绿叶背景中找出红色目标很困难。事实上，红色花包含着丰富的“色号”，其中有些是人类无法用肉眼区分的。它们大概可以分为两类，一类是“纯红色”，反射仅出现在长波段；另一类可称为“非纯红色”，除长波反射外，还在短波段有一个较弱的副反射峰。这些短波反射可能会刺激到蜂类的紫外光、蓝光受体，帮助它们找到这些“红色”目标。虽然这些目标被称之为“红色”，但在蜂和鸟等对紫外敏感的动物眼中，这类色彩其实已经不是“红色”了。基于自然界中蜂媒的红花非常少见，研究者推测，那是为了便于让蜂类传粉者定位，这些蜂媒红花的副反射峰会更显著，而鸟媒红花则不一定具有此类特征，这也恰恰能够证实蜂媒和鸟媒红花的“色号”可能存在差异。此外，研究者还发现新、旧世界传粉鸟类的色觉系统是有差异的，旧世界（亚、非、欧及澳洲）的主要传粉鸟类太阳鸟比新世界（美洲）的主要传粉鸟类蜂鸟对紫外光更敏感。据推测，这有可能导致新、旧世界鸟媒红花的“色号”发生分化。为了评估蜂类和鸟类对花色的感知情况，科研者在野外、植物园及数据库中收集了130 余种来自全球各地的红花，测量了它们的反射光谱，确定了其传粉系统，并应用动物的色觉模型来进行实验。结果表明，在众多颜色的花中，红花在鸟类看来与绿叶背景反差极大，尤为醒目；相反，在蜂类看来，红花和绿叶背景的反差很小，最不醒目，需要耗费更多精力和时间才能找到目标。这一结果证明，红色的鸟媒花的确实现了既吸引鸟类又回避蜂类的效果。事实上，自然界中的蜂媒红花很稀少，尽管我们特别关注蜂媒的红花，但也仅收集到10种，且几乎所有的蜂媒红花都存在较强的副反射峰，而鸟媒红花中的平均副反射峰则较弱。在合并考虑其他甲虫和蝶媒红花情况的基础上，研究者推测，如果蜂类传粉者没有红色受体，则由其传粉的红花倾向于具有较强的副反射峰；如果鸟类、某些甲虫传粉者本身有红色受体，则红花倾向于具有较弱的副反射峰或无副反射峰。同时，研究者还发现，亚洲和非洲的红花出现副反射峰的比例比美洲更高。模型显示，红花中的副反射峰能显著增强其在蜂类眼中的醒目程度、降低其在鸟类眼中的醒目程度。这也进一步说明，如果鸟媒红花在进化过程中丢失了副反射峰，它在吸引鸟类和回避蜂两方面都会更有效，这是一种更为特化的鸟媒花色彩。这也就是说，以“纯红色”为主导的新世界鸟媒花在色彩上更特化，不仅在新世界鸟类眼中更加醒目，在旧世界鸟类看来亦是如此。对鸟媒红花而言，它们很可能向着削弱副反射峰的方向进化，这一精细的色调进化转变在回避蜂方面的效果明显大于吸引鸟。（Annals of Botany，2020，mcaa103）