产自安徽省宣城市新杭镇箭穿村的有翅种子化石 Alasemenia。 图片来源:Deming Wang
植物种子的风力传播是一种自然机制,可使植物通过空气将种子传播到新的地区。 这有助于减少对资源的竞争,增加植物的生存机会。 风力传播策略的例子包括风滚草、蒲公英和牛奶草等降落伞,以及枫树等带翅膀的种子(通常称为直升机种子)。
已知最早的植物种子可追溯到晚泥盆纪。
"这一时期标志着植物进化史上的一个重要里程碑,因为它们从以孢子为基础的繁殖(如蕨类和苔藓)过渡到以种子为基础的繁殖,"领衔作者、北京大学地质学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力传播知之甚少,因为大多数化石缺乏翅膀,通常被保护性的壳斗包围。"
壳斗是部分包裹种子的杯状结构,很像橡子或栗子(尽管泥盆纪的壳斗与这些现代壳斗并非同源),可能与水运等其他传播方式有关。
为了更好地了解早期风力传播机制,Wang 及其同事研究了来自晚泥盆世的几种种子化石,这些化石来自安徽省宣城市新杭镇箭穿村,他们从中发现了一种新的种子化石--Alasemenia。
他们首先通过仔细分析化石样本,包括切片观察种子的内部结构,描述了 Alasemenia 的特征。 他们发现,Alasemenia 的种子长约 25-33 毫米,明显没有壳斗,这与这一时期的大多数其他种子不同。
事实上,这是已知最古老的没有壳斗的种子记录之一,比以前认为的要早 4000 万年。 每粒种子都有一层向外辐射的种皮,形成三个翼状裂片。 这些翅膀向尖端逐渐变细,并向外弯曲,形成宽阔、扁平的结构,有助于种子迎风。
研究小组随后将 Alasemenia 与泥盆纪晚期已知的其他有翼种子进行了比较: Warstenia和Guazia。 这两种植物的种子都有四个翅,瓜子的翅宽而平,疣桫椤的翅短而直。
研究人员进行了定量数学分析,以确定哪种种子的风力扩散效果最好。 结果表明,像Alasemenia这样翅膀数目为奇数的种子,在从枝条上落下时能获得更稳定、更高的自旋率,从而能更有效地迎风传播,因此能从母株上传播得更远。
"我们对Alasemenia的发现增加了我们对早期陆生植物风力传播策略起源的了解,"资深作者、中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员黄璞说。
"结合我们之前对瓜子属(Guazia)和疣石楠属(Warsteinia)的了解,我们得出结论,在晚泥盆世,在降落伞或羽流等其他方式出现之前,由于整装生长而出现的带翼种子是第一种形式的风力扩散策略。"
王补充说:"在晚泥盆世的Alasemenia中出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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