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花粉:近在眼前,远在亿古

第一期导读:说花粉 “近在眼前”,是指花粉与人类几乎每天都相伴,特别是在春暖花开的季节,漫天飘飞的花粉在人类肉眼之外浪漫地“传情”;说花粉“远在亿古”,是指花粉能在泥土或岩石中“修炼亿年”而成化石,个小体微的花粉需要借助显微镜才能看清其真面目,但这并不影响科学家根据其千姿百态的形状来侦探它们来自什么植物。因为不同植物产生形态各异的花粉,所以这些形态的多样性恰好成了科学家了解母体植物种类的显微钥匙 ……


作者: 毛礼米博士,中科院南京古生物所研究员,从事花粉形态学与第四纪孢粉学等研究。

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到花粉,专业上偏好这样严肃的定义:植物的雄性生殖细胞,可以与雌性的胚珠结合而发育成种子。其实,不用这么含蓄,通俗一点说,花粉就是植物的“父亲”。因此,可以毫不夸张地说,没有花粉就没有植物界的繁衍,也就是没有这个丰富多彩的自然界,人类亦无从生存!

也许公众更喜欢这样浪漫的比喻:花粉是空中飞舞的爱情使者。如果说,植物漫长情史演化过程中的两性危机是空间距离引起的,那么花粉便充当了传情红线的角色。花粉既可以就近联姻,亦可翻山越海,抵达浪漫的彼岸。植物聪明地进化出这种空中传情的曼妙高招之后,陌路亦能欢愉风月,植物世界因此而精彩炫丽!


凄美的是,只有少量植物的花粉能“幸运地找到伴侣修成正果”(与胚珠结合发育成种子)。然而,大多数花粉只能随风飘扬日行千里、或随波逐流奔向湖海、或就地栖息与泥土结缘,或搭上昆虫便车随遇而安……总之,每粒花粉都有其最终归宿,但也会面临被动迁徙而流失所的尴尬。那些幸运的花粉也好,不幸的花粉也罢,在科学家眼里,却有很多不同寻常的故事…… 有些花粉沉睡在地下可以保存亿年,为科学家重建远古植物界面貌提供了绝佳的微观证据。

花粉是植物的“父亲”,由植物的雄蕊“负责生产”(图片为锦葵科的锦葵,版权作者所有)

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西红柿从花(粉)到果实 (图片来自网络)

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花粉的产生与发育:花粉母细胞经过减数分裂产生成熟的花粉粒 (左)

花粉的萌发:花粉在雌蕊(柱头)上萌发出花粉管,直到与胚珠结合传递遗传信息(右)

花粉的随风飘散、择地而栖与泥土结缘、随遇而安等等,都可被科学解读:


随风飘散:花粉(雄性繁殖细胞)为了获得更多的机会去找到幸福的伴侣(胚珠),聪明地借助风的力量,达到传粉的目的。

针叶树林的“花粉雾”随风而起(右上角为一种松树的花粉形态)

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一种草(禾本科)的“花粉雨”(左)与花粉形态图(右)

择地而栖与泥土结缘:大量的花粉无奈地'香消玉殒,无缘彼岸',但“花粉分析”这门学科可以通过提取沉睡在泥土中的丰富多彩的花粉类型,来找到她们可能来自什么样的花草树木,重建当时的植物面貌,进一步推测植物生态环境与气候冷暖 ......

花粉大小与形态差异明显

形态多样的花粉成为科学家了解母体植物种类的显微钥匙(扫描电镜下的艺术渲染图)

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现代植物花粉形态的多样性(光学显微镜下的照片,版权作者所有)

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一万多年前的蕨类植物的孢子(来自湛江的玛珥湖)

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湖泊沉积物中提取花粉是认识过去生态系统与气候变化的关键方法: 花粉分析

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一亿多年前的松科花粉化石(来自辽西白垩纪地层,样品由王鑫研究员提供)

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瑞士三叠纪地层中发现的疑似被子植物花粉(Hochuli 与Feist-Burkhardt, 2013): 也许白垩纪之前也存在被子植物,但是迄今的被子植物起源理论对这样的发现苦于解释。

随遇而安花粉搭上昆虫的便车并非无缘无故,当昆虫被诱人的花蜜所吸引而在花朵间频繁地'喜新厌旧'时,浑身也被花粉所沾染,无意中扮演了免费的搬运工角色;而有的昆虫干脆把花朵当着免费的“情人旅馆”,无意间也帮助植物完成了传粉与繁殖。


昆虫把花朵当作免费的“情人旅馆”:'无意中'间接帮助了植物携带花粉实现异花传粉(繁殖)

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“夜空中”飞舞的菊科花粉在寻找停泊的港湾(柱头)

现实生活中,我们无时不与花粉保持亲密接触:呼吸的空气和饮用的水里,都可能或多或少含有花粉,还有部分花粉过敏人群受尽某些致敏花粉的折磨。当然,花粉含有丰富的天然营养成份,被人类利用加工成保健品,比如花粉胶囊、花粉茶等。


花粉蛋白质变异导致部分过敏人群对花粉无奈以“以泪洗面”或“鼻涕不止”!

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花粉保健品:花粉胶囊(左)与花粉茶(右)

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关于花粉的主要科学研究

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生物学:花粉携带了植物的遗传细胞,所以研究植物的遗传与发育离不开花粉;从植物系统学的角度来看,花粉形态是植物分类需要参考的微观形态信息。

地质学(花粉分析):通过分析地下沉积物或岩石中保存的化石花粉,可以了解过去植物类型,植物的变迁历史,植物生存的生态系统与气候条件,因为不同的植物类型适应不同的气候。

考古学:通过与人类活动相关的植物花粉证据,推测过去人类所利用的植物资源,以及生态的环境等。

其它:花粉营养资源的开发与利用。

花粉的科学研究主题示意图:有趣的研究案例将在后续的微信平台上推出,敬请关注

说明: 除标注图片版权之外,其它图片'借用'于网络⊙_⊙

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