穿越億年時光，這朵花如何找到“知音”

王碩教授在實驗室進行研究

約一億年前的鼠李科Phylica屬琥珀化石

圖為生長在非洲南部的琥珀化石植物的現存後裔——鼠李科植物Phylica屬

週末人物·中國新聞名專欄

□ 圖文/本報記者 肖芳

21塊晶瑩綺麗的琥珀擺在面前，你會想到什麼？是藝術價值、商業價值抑或藥用價值？

青島科技大學的進化生態學團隊，用了8年時間，從中讀出了這樣一個滄海桑田的故事：

大約1億年前，非洲大陸上有一塊濱海區域，火山活躍，野火頻發。在一片茂密的松柏林或南洋杉林下，密集生長著一種低矮灌木。樹脂不斷滴落，將樹下植物的幼芽、花朵、落葉、果實、花粉包裹起來，然後在風吹、雨水等外力作用下漸漸深埋地下，歷經地質沉積作用終成琥珀化石。在後來的漫長歲月裡，這些琥珀隨著大陸板塊的漂移，最終到達了緬甸北部。而這些植物的後裔，卻一直在非洲最南端繁衍生息、直至今日，並被分類學家命名為鼠李科Phylica屬（拉丁文，音“菲利卡”，中文石南茶）。

這不是憑空想象。非洲、緬甸、濱海、野火、花朵、後裔、漂移……故事裡每一個關鍵詞的背後，都有科學證據的支撐。2月22日，國際頂級學術期刊《自然-植物》（Nature Plants）拿出一般文章約兩倍的篇幅，以封面論文的形式，以頗具詩意的《盛放於遠古災燼之中》（From the ashes of ancient disaster）為題，重磅發表青島科技大學海洋科學與生物工程學院王碩教授團隊的研究成果。該研究從1億年前的緬甸琥珀中，發現了迄今為止地球上最古老的完整花朵，並證明其現存後裔為一種生存於南非的適火性鼠李科植物。

“學術界通常認為中生代的植物，除了少數蕨類和裸子植物，被子植物（開花植物）都已經在地球上滅絕了。但我們卻發現了這朵盛開於中生代白堊紀的花，並證明它現在仍然在這個世界上綻放著。這在國際上還是首次。”王碩說。

這朵花，來自恐龍繁盛的白堊紀，穿越1億年時光，如今終遇“知音”。這是怎樣一種奇妙的緣分？

開啟遠古之門的“鑰匙”

故事要從人們所熟知的一種寶石——琥珀講起。

走進青島科技大學進化生態學實驗室，首先映入眼簾的是一幅佈滿整面牆的世界地圖。它由形形色色、大小不一的琥珀拼組而成，在燈光對映下散發出金色或棕色的瑩潤色澤。

王碩和她的丈夫施超，是該實驗室的帶頭人。王碩告訴記者，該實驗室琥珀標本儲藏量世界領先，達到3。47萬塊以上，為大英博物館常展量的32倍。其中，植物琥珀化石1。26萬餘塊，昆蟲琥珀化石2。18萬餘塊，其他型別琥珀化石3200多塊。

這些被收藏的琥珀中，目前已證明包含有1億年前的白堊紀中期約890多個植物化石新種屬、至少670個昆蟲化石新種屬。隨著研究的不斷深入，還會有新物種陸續被發現。

琥珀的科學研究價值，來自它的“內含物”。作為一種有機寶石，琥珀是由遠古植物（通常是松柏或杉樹）所分泌的樹脂埋藏於地下，經歷長時間複雜的理化變化而形成。由於這些樹脂具有流動和黏稠的特性，所以它很容易包裹進小型的生物體，形成具有內含物的琥珀。

在王碩看來，這些具有內含物的琥珀，就是一種天然的“時空膠囊”，很好地留存了遠古生物的原本形態。琥珀中內含的生物體，往往儲存了其生前的三維立體結構，具有較為完整的形態，有時甚至儲存了完好的軟組織和細胞結構。這些琥珀，是古生物研究中極為珍貴的材料。

當今，世界上出產琥珀的地方很多，亞洲的中國撫順、緬甸胡康河谷，美洲的墨西哥灣、多明尼加，歐洲的波羅的海沿岸等地區，都是有名的琥珀產地。事實上，地球上除南極大陸之外的各大板塊，均有琥珀產出。

不同地區的琥珀，形成的年代、表象特徵、理化性質以及內含物種類都不盡相同，性質也就有所差別。有的地方出產的琥珀，如果儲存不當，極易發生表面風化、透明度降低、出現龜裂紋等問題，會對科學研究造成一定困擾。而出產自緬甸北部的琥珀，不但形成年代久遠、內含物豐富，而且透明度較高、不易風化，可供屢次切割打磨，所以成為近年來古生物學領域，尤其是古今生物多樣性演化領域的研究熱點。

想要知道一塊琥珀化石的年齡，科學家通常會透過測量其埋藏層鋯石中的鉛鈾同位素比值來估算。透過對緬甸琥珀埋藏層鋯石的測算，科學家們認定，緬甸琥珀形成於約9900萬年至1億1000萬年前。那時，地球尚處於中生代白堊紀中期，大型恐龍還可以在地球上閒庭信步，新生的哺乳類動物尚處於演化的初級階段。

這些緬甸琥珀裡，大約有1%具有內含物，這1%中又有九成以上是昆蟲，只有不到一成是植物。迄今為止，緬甸琥珀中發現的生物種類已經有數千種之多，大部分於近幾十年發現，其中多數為節肢動物，亦有少量脊椎動物。

值得一提的是，在緬甸琥珀的相關研究工作中，中國學者的參與佔比較高。而王碩、施超夫婦，則對數量最少也最難解析的植物琥珀產生了濃厚興趣。

王碩畢業於昆明理工大學，施超畢業於中國科學院昆明植物研究所，目前均就職於青島科技大學海洋科學與生物工程學院，主要從事生物進化研究。

多年來，兩人熱衷於收集各類琥珀。他們從進化生態學角度研究這些琥珀裡“凝固的時光”“瞬間的永恆”，復原遠古時代的地球生態系統。“研究恐龍時期的世界”，是兩人對自己工作內容的通俗概括。

王碩說，琥珀是開啟遠古之門的“鑰匙”，切開琥珀原石的過程，就像開盲盒，不知道下一秒會有什麼驚喜，又會與哪種生物結緣。

她舉了個例子：有的琥珀裡有一片樹葉，樹葉上有很多昆蟲，透過對這些昆蟲和葉片的類群進行鑑定，你就會知道，至少在1億年前，昆蟲對植物的專一性取食可能就已經建立了；觀察樹葉表面的保衛細胞和氣孔，就可以看到氣孔的數量，以及氣孔開啟閉合的情況，從而推斷出它所生存環境的溫度和二氧化碳濃度……

發現最古老的現存花朵

大約10年前，緬甸琥珀中一種多次出現的植物標本，引起了王碩、施超的關注。這種關注，起源於一個矛盾點：

當時，研究緬甸琥珀內含昆蟲、脊椎動物的學者們一致認為，緬甸琥珀的形成環境應該是熱帶、亞熱帶雨林環境。按照這一結論推斷，在這樣雨水充沛、高溫潮溼、陽光充足的環境裡，生長的應是闊葉植物，葉子較為寬大，可以增加與外界氣體交換的面積，從而更好地進行光合作用。

但是，出現在緬甸琥珀裡的這種植物標本，卻呈現出截然不同的特性：它的葉片細長且緊緊聚縮在一起，葉片表面具有密實的毛被，可以減少水分流失，呈現出鮮明的耐旱性；它的花和果實被葉片層層包裹，可以保護種子在野火中不會受到致命傷害，是耐火植物的典型特徵；與這些植物標本被同時包裹在琥珀裡的，還有大量疑似被火燒過的植物殘骸，證明了當時的環境裡火災頻繁發生……

植被有對環境和生態響應最敏捷的指標，在東南亞這片溫熱溼潤的雨林環境中，怎麼會生長出這樣一種與周圍環境格格不入、特立獨行的植物？

不解之處就是研究的最好切入點。王碩、施超立即開始對這種植物琥珀展開了研究。沒想到，這一做就是8年。

研究團隊先是透過顯微CT重建、熒光成像等技術手段，將21塊琥珀中的24個標本放大了上千倍進行觀察。他們無損地獲得了這種植物莖、葉、花（含子房）、果實（含種子）和花粉的表面細節和內部三維結構圖，完整復原了該植物從幼年到成熟的生長髮育全過程。

這是迄今為止國際上最完整的植物化石研究。“中生代的植物化石非常稀少，此前學術論文中所報道過的研究標本，往往只是一株植物的部分器官，而我們團隊的研究，完整地復原了這種植物的全生命週期。”王碩說。

“毫無疑問，這是一種生長在白堊紀的被子植物，因為它有花。”施超介紹。在植物分類學中，種子植物又分為裸子植物和被子植物，裸子植物胚珠裸露，沒有果實，只有種子；而被子植物有真正的花，胚珠包藏在子房內，受精之後胚珠發育成種子，子房發育成果實。

此前，學術界通常認為，中生代的植物，除了蕨類和少數裸子植物，較為高等的被子植物都已經在地球上滅絕了。

那麼，問題來了：研究團隊從琥珀中新發現的、曾出現在1億年前的這種被子植物，是也已經滅絕了，還是仍然存活在地球上？具有耐旱、耐火特性的它，又為何會出現在溫熱潮溼的東南亞地區？

帶著這些問題，在接下來幾年時間裡，研究團隊與中國科學院南京地質古生物研究所、中國科學院昆明植物研究所、遼寧撫順琥珀研究所、中國科學院植物研究所、英國開放大學、布里斯托大學、美國堪薩斯大學等相關機構合作，跑遍了各地植物標本館。他們在排除了不同植物類群間趨同進化的可能性後，將琥珀中的植物標本與可能的現生植物類群形態、結構逐一進行對照分析。

歷經持續數年、上萬次的比對失敗後，研究團隊終於在中國科學院植物研究所（北京）的標本館裡，發現了一件來自非洲南部的鼠李科Phylica屬的植物標本。這種植物具有毛絨狀的花頭，因此被形象地稱為“毛筆花”，其外形看起來與緬甸琥珀中的植物標本十分相似。

於是，研究團隊立即委託合作方南非生物多樣性研究所，在南非開普植物保護區實地採集了幾株現存“菲利卡”，郵寄到中國。

收到“菲利卡”後，研究團隊立即展開了比對分析。結果讓人振奮：除了表面毛被的具體形態稍有差異，從莖、葉、花（含子房）、果實（含種子）到花粉，現存“菲利卡”的解剖結構與琥珀植物標本的三維掃描結構，形成了幾近完美的一一對應關係。這就意味著，經歷了約1億年的滄海桑田，“菲利卡”的現在形態竟與億年前的“祖先”基本一模一樣。

“在南非開普植物保護區裡，野火在硬葉灌木和多漿植物對乾旱炎熱環境的適應演化中扮演著重要角色，當地現存很多植物都具有火災適應性，這與琥珀植物標本所呈現出的特性也是一致的。”王碩說。

“菲利卡”，這種生長在南非開普植物保護區和馬達加斯加島的瀕危野花，由此成為人類迄今發現最古老的現存植物，也是罕見的開花植物“活化石”。

從非洲漂移到東南亞

隨著研究團隊對緬甸琥珀的更深入研究，“菲利卡”祖先在白堊紀時期的生存環境被逐漸還原：

琥珀中發現了菊石、蝦、螃蟹等海洋生物，琥珀表面發現了海百合、牡蠣、珊瑚等海洋生物的生活遺蹟，說明形成琥珀的樹脂滴落之處，是一片靠海的區域；琥珀中經常出現火山灰，以及植物被火燒後留下的殘渣和灰燼，表明當時周邊地區火山活躍，叢林野火頻發……

“琥珀儲存了1億年前空氣、水、土壤的成分，我們透過研究可以逐步復原1億年前的地球生態系統。”施超說。

現在，還剩最後一個問題需要解答：“菲利卡”如今都生活在非洲大陸最南部，為何它們的“祖先”卻到了緬甸北部？

板塊漂移學說，提供了很好的“解題思路”。

眾所周知，如今的地球陸地板塊分為七大板塊。可根據地質學家的研究，大約在3億年前，整個地球表面只有一塊超級大陸——盤古大陸。到了約2。5億年前，盤古大陸開始分裂，形成了北方的勞亞古陸和南方的岡瓦納古陸。後來，這兩塊古陸又繼續分裂、漂移。到了新生代時期，地球上的大陸最終形成了現在的地理格局。其中，岡瓦納古陸分裂成了如今的非洲板塊、印度板塊、南極洲板塊等。

研究團隊推測，內含“菲利卡”標本的琥珀，在印度板塊與岡瓦納古陸尚未完全分離前即已形成。隨著岡瓦納古陸的解體和印度板塊的北移，被樹脂包裹的“菲利卡”的祖先便漂移到緬甸北部，而它們的後裔卻一直在南非生生不息。

“這些珍貴的琥珀標本，不僅可以作為進化生態學研究的‘硬證據’，幫助我們推測早期開花植物的演化模式，還可以為板塊漂移學說提供重要化石證據。”王碩認為。