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為什麼蝴蝶喜歡吸食花蜜?

産地:科普中國

生産:一組綠色蔬菜

監督:中國科學院計算機網絡資訊中心

花朵為蝴蝶等昆蟲提供花蜜,幫助它們授粉。那麼問題來了:地球上有一朵花或一隻蝴蝶嗎?

曾幾何時,大多數科學家認為花朵早于最早的傳粉媒介,蝴蝶和飛蛾等昆蟲出生時就有花朵。然而,新的研究表明,原始蝴蝶早在地球上第一種開花植物出現之前就已經存在了。

為什麼蝴蝶喜歡吸食花蜜?

玻璃蝴蝶吸食花蜜/圖檔:維基百科

首先是蝴蝶還是先花?科學家是怎麼知道的呢?

要先知道有蝴蝶還是花朵,我們需要知道誰首先出現在地球上,最常見的方法是找到化石。

然而,花的結構是脆弱的,難以儲存,化石隻有在最幸運的情況下才會形成。迄今為止發現的最古老的花化石是1.3億年前在西班牙發現的一種水生植物的化石。

為什麼蝴蝶喜歡吸食花蜜?

圖檔來源:Gomez ET / PNAS

分子生物學的發展促進了科學家對花朵進化的了解。結合分子系統和大量化石證據,科學家們收集了63個物種,372個分支,793種植物和13,444個特征的資料,基于重建由被子植物系統開發的祖先花的模型,發現它們可以追溯到1.4億年前。

為什麼蝴蝶喜歡吸食花蜜?

使用模型/圖像重建的祖先花朵 來源:Sauquet,H. 2017

蝴蝶和蕨類植物是分類學上的鱗狀昆蟲,其最明顯的特征是身體和翅膀上有鱗片,具有虹吸型嘴 - 長鰓,易于吸食花蜜。

像花一樣,蝴蝶、飛蛾等昆蟲很難化石,用于研究的完整化石稀缺,但科學家發現了新的突破。

2012年,一組研究孢子和花粉的古生物學研究人員在尋找古代葉子腐爛和沉積物時,在有機沉積物中發現了無法解釋的微觀結構。研究人員最終發現,這些微小的結構是原始鱗翅昆蟲翅膀的殘骸。

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研究人員在沉積物中發現了原始蝴蝶和飛蛾翅膀的證據/圖檔來源:Bass van schootbrugge 烏得勒支大學照片

根據孢子分析,這些遺骸的沉積物形成于大約2億年前的三疊紀-侏羅紀過渡期。換句話說,鱗翅昆蟲至少在2億年前出現在地球上,而開花植物在1.4億年前開始在陸地上生長,遠遠早于開花植物,被子植物,出現在6000萬年前,原始的蝴蝶和蕨類植物。

在花朵出現之前,這些原始的蝴蝶吃了什麼?

在原始鱗翅昆蟲翅膀的化石發現之前,科學家普遍認為昆蟲嘴,如蝴蝶和飛蛾,已經進化到适應花蜜的消耗。

但是,如果蝴蝶和有嘴的騾子出現在開花植物之前,它們以什麼為食呢?他們開始以花蜜為生的原因是什麼?

考慮到地球上的天氣比現在更熱,更幹燥,蝴蝶和飛蛾等昆蟲的表面積更大,容易失去水分,科學家的猜測之一是,為了适應當時的炎熱幹燥氣候,原始昆蟲已經進化出虹吸式鰓,以促進液體的有效攝入并補充快速流失的水。換句話說,早期的蕨類植物和飛蛾被用來"喝水"。

最初,它們可能通過吸吮水滴并從破碎的樹葉和樹幹中滲出而生存。

直到今天,少數蝴蝶仍然保持着這種原始特征。例如,枯葉和玻璃床蝴蝶主要以腐爛的果實或樹幹蠕蟲傷口的汁液為食。

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死蝴蝶/圖檔來源:維基百科

裸株出現後,原蝴蝶和飛蛾随後發現原松柏等未成熟種子分泌出高營養液體——傳粉者飛沫。傳粉媒介液滴含有多種糖,包括果糖,葡萄糖和蔗糖,蝴蝶很快就愛上了營養豐富的傳粉者液滴的甜味。

開花植物出現後,昆蟲被花蜜吸引,在吸食花蜜的同時,也有助于花授粉,雙方最終形成互利關系,共同進化。

最後,應該指出的是,雖然迄今為止建立的證據表明花朵隻存在了1.4億年,但一些環境證據表明它們可能已經存在了更長的時間。畢竟,我們無法回到開花植物開始出現的時候,對被子植物起源的了解隻能通過化石或現有的分子技術來完成。

也許,在未來,我們會幸運地找到新的化石證據。或者随着技術的發展,我們可以看到更持久的開花植物的存在,開花植物和昆蟲之間的關系将被重新定義。

難道科學不是一個不斷發現、不斷證明和不斷推翻的重複過程嗎?

引用:

[1]1.4億年前的第一朵花看起來像玉蘭花。作者:Mario Vallejo-Marin,斯特靈大學

[2] Sauquet, H., von Balthazar, M., Magallón, S. et al.被子植物的祖先之花及其早期的多樣化。Nat Commun 8, 16047 (2017).

[3] 範埃爾迪克 T J B , Wappler T , Strother P K , et al.鱗翅目演化的三疊紀-侏羅紀視窗[J].科學進展, 2018, 4(1):e1701568.

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