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为什么蝴蝶喜欢吸食花蜜?

产地:科普中国

生产:一组绿色蔬菜

监督:中国科学院计算机网络信息中心

花朵为蝴蝶等昆虫提供花蜜,帮助它们授粉。那么问题来了:地球上有一朵花或一只蝴蝶吗?

曾几何时,大多数科学家认为花朵早于最早的传粉媒介,蝴蝶和飞蛾等昆虫出生时就有花朵。然而,新的研究表明,原始蝴蝶早在地球上第一种开花植物出现之前就已经存在了。

为什么蝴蝶喜欢吸食花蜜?

玻璃蝴蝶吸食花蜜/图片:维基百科

首先是蝴蝶还是先花?科学家是怎么知道的呢?

要先知道有蝴蝶还是花朵,我们需要知道谁首先出现在地球上,最常见的方法是找到化石。

然而,花的结构是脆弱的,难以保存,化石只有在最幸运的情况下才会形成。迄今为止发现的最古老的花化石是1.3亿年前在西班牙发现的一种水生植物的化石。

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图片来源:Gomez ET / PNAS

分子生物学的发展促进了科学家对花朵进化的理解。结合分子系统和大量化石证据,科学家们收集了63个物种,372个分支,793种植物和13,444个特征的数据,基于重建由被子植物系统开发的祖先花的模型,发现它们可以追溯到1.4亿年前。

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使用模型/图像重建的祖先花朵 来源:Sauquet,H. 2017

蝴蝶和蕨类植物是分类学上的鳞状昆虫,其最明显的特征是身体和翅膀上有鳞片,具有虹吸型嘴 - 长鳃,易于吸食花蜜。

像花一样,蝴蝶、飞蛾等昆虫很难化石,用于研究的完整化石稀缺,但科学家发现了新的突破。

2012年,一组研究孢子和花粉的古生物学研究人员在寻找古代叶子腐烂和沉积物时,在有机沉积物中发现了无法解释的微观结构。研究人员最终发现,这些微小的结构是原始鳞翅昆虫翅膀的残骸。

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研究人员在沉积物中发现了原始蝴蝶和飞蛾翅膀的证据/图片来源:Bass van schootbrugge 乌得勒支大学照片

根据孢子分析,这些遗骸的沉积物形成于大约2亿年前的三叠纪-侏罗纪过渡期。换句话说,鳞翅昆虫至少在2亿年前出现在地球上,而开花植物在1.4亿年前开始在陆地上生长,远远早于开花植物,被子植物,出现在6000万年前,原始的蝴蝶和蕨类植物。

在花朵出现之前,这些原始的蝴蝶吃了什么?

在原始鳞翅昆虫翅膀的化石发现之前,科学家普遍认为昆虫嘴,如蝴蝶和飞蛾,已经进化到适应花蜜的消耗。

但是,如果蝴蝶和有嘴的骡子出现在开花植物之前,它们以什么为食呢?他们开始以花蜜为生的原因是什么?

考虑到地球上的天气比现在更热,更干燥,蝴蝶和飞蛾等昆虫的表面积更大,容易失去水分,科学家的猜测之一是,为了适应当时的炎热干燥气候,原始昆虫已经进化出虹吸式鳃,以促进液体的有效摄入并补充快速流失的水。换句话说,早期的蕨类植物和飞蛾被用来"喝水"。

最初,它们可能通过吸吮水滴并从破碎的树叶和树干中渗出而生存。

直到今天,少数蝴蝶仍然保持着这种原始特征。例如,枯叶和玻璃床蝴蝶主要以腐烂的果实或树干蠕虫伤口的汁液为食。

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死蝴蝶/图片来源:维基百科

裸株出现后,原蝴蝶和飞蛾随后发现原松柏等未成熟种子分泌出高营养液体——传粉者飞沫。传粉媒介液滴含有多种糖,包括果糖,葡萄糖和蔗糖,蝴蝶很快就爱上了营养丰富的传粉者液滴的甜味。

开花植物出现后,昆虫被花蜜吸引,在吸食花蜜的同时,也有助于花授粉,双方最终形成互利关系,共同进化。

最后,应该指出的是,虽然迄今为止建立的证据表明花朵只存在了1.4亿年,但一些环境证据表明它们可能已经存在了更长的时间。毕竟,我们无法回到开花植物开始出现的时候,对被子植物起源的理解只能通过化石或现有的分子技术来完成。

也许,在未来,我们会幸运地找到新的化石证据。或者随着技术的发展,我们可以看到更持久的开花植物的存在,开花植物和昆虫之间的关系将被重新定义。

难道科学不是一个不断发现、不断证明和不断推翻的重复过程吗?

引用:

[1]1.4亿年前的第一朵花看起来像玉兰花。作者:Mario Vallejo-Marin,斯特灵大学

[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样化。Nat Commun 8, 16047 (2017).

[3] 范埃尔迪克 T J B , Wappler T , Strother P K , et al.鳞翅目演化的三叠纪-侏罗纪窗口[J].科学进展, 2018, 4(1):e1701568.

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