一項雄心勃勃地重建世界第一朵花的努力引發了一場關於花朵可能採取和不可能採取的形態的辯論。
這個名為 eFLOWER 的專案結合了一個無與倫比的植物性狀資料庫、大量的進化關係分子資料和複雜的統計模型，以確定所有現代開花植物的祖先可能是什麼樣子。當其結果於去年 8 月釋出時，引起了學術界和媒體的強烈興趣。
但自那以後，研究人員對 eFLOWER 的一些預測提出了質疑。1 月 31 日，莫斯科國立大學的植物形態學家德米特里·索科洛夫和他的同事發表了一項對資料的重新分析，表明第一朵花中關鍵的雌性生殖結構具有不同的排列方式。
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這場辯論的中心在於花朵結構的精細之處，但也指出人們對使用統計模型和大型資料集來解決生物學問題的一個更廣泛的擔憂，佛羅里達大學蓋恩斯維爾分校的植物生物學家帕梅拉·索爾蒂斯說。“有些事情在統計學上是可能的，但在生物學上卻不可能，”她說。
開花植物在進化上取得了顯著的成功。儘管它們出現的時間僅為 1.4 億年前——大約在第一批種子植物出現後 2 億年——但它們現在構成了所有現存陸地植物的 90% 左右。但是化石花朵稀少，植物學家長期以來一直在推測第一朵花可能是什麼樣子。“花朵是這種大規模多樣化的原因，”索爾蒂斯說。“如果不瞭解第一朵花是什麼樣子，我們就無法理解我們是如何走到今天的。”
大約八年前，eFLOWER 專案招募了一支植物學專家團隊來找出答案。該團隊編目了近 800 個物種的 20 多種性狀。然後，他們將這些資料與進化關係的分子研究相匹配，並使用統計建模來推斷最早的花朵的特徵。
萌芽的疑慮
結果描繪出一朵圍繞中心軸對稱且包含雄性和雌性性器官的花朵。eFLOWER 模型還表明，第一朵花中的許多器官是輪生的，這意味著它們以同心圓排列。但作者也警告說，對其中一些發現的統計支援很薄弱。
即便如此，輪生祖先花朵的想法震驚了一些人，eFLOWER 論文的主要作者、現任澳大利亞悉尼皇家植物園進化生物學家埃爾維·索奎特說。許多植物科學家預計，花朵的器官將以 3D 螺旋排列——圍繞中心軸盤繞，但不侷限於單個平面。“這是一個長期以來從未得到證實的教條，”他說。
但令索科洛夫感到困惑的是，在索奎特的分析中，花朵的花瓣和雄性生殖器官是輪生的，而被稱為心皮的雌性生殖器官是螺旋排列的。他從未見過在一朵花中同時出現輪生和螺旋形器官的組合。此外，他和他的同事認為，植物在同一朵花中實現兩種不同器官排列方式在發育上可能是不可行的。
索科洛夫說，這是因為器官是從植物的同一區域出現的。在一些輪生花中，心皮的位置決定了雄性生殖器官的位置。索科洛夫的團隊重新翻閱了 eFLOWER 資料庫，發現了四個在同一朵花中識別出輪生和螺旋形器官的例子。但在進一步分析之後，他們認為每個例子都只包含一種生殖器官。
分析展開
索奎特說，他的團隊此後重新審視了這些資料，並同意了索科洛夫的一些擔憂，但並非全部。他說，使用更新和擴充套件的資料集重複他們的分析，他們現在發現祖先花朵中的所有生殖器官都可能是輪生的。但正如第一次分析一樣，一些修訂後的結果的統計支援程度相對較低。“以前不確定，現在仍然不確定，”索奎特說。“我們還不知道最終答案。”
索科洛夫說，eFLOWER 方法的一個根本問題是在將這些性狀組合成一朵連貫的花朵之前，分別評估了花朵的每個性狀。“他們分別分析了每個性狀的演變，”他說。“但某些性狀的組合是不可能的。”
即便如此，索奎特認為，在現代花朵中缺少某種特定形態並不意味著它從未存在過。“以前存在很多我們現在看不到的奇怪的東西，”他說。
弗吉尼亞聯邦大學裡士滿分校研究植物進化的張文恆說，要解決關於第一朵花的爭論，就需要一個更大的資料庫和更復雜的模型。但 eFLOWER 的努力是現代技術如何與經典形態學相結合來解決有關植物起源的基本問題的一個例子，她說。“這種研究引導植物學家重新審視形態學，”張說。“它只是迴歸到基礎知識。”
本文經許可轉載，並於 2018 年 2 月 5 日首次發表。