中國科學家從琥珀中發現最古老的現存花朵,距今約1億年
在琥珀中,開出一朵“億年花”!
1 月 31 日,青島科技大學海洋學院教授王碩和丈夫施超等人,在
Nature Plants
發表一篇封面論文。
圖 | 當期論文封面(來源:Nature Plants)
研究中,
王碩從琥珀中首次發現世界上最古老的現存花朵,該琥珀所屬礦區在緬甸北部。
同時,他們還在非洲最南端找到其現存後裔,
這為研究東南亞地區早期開花植物的演化和板塊運動關係,帶來了重要化石證據
。
圖 | 王碩和施超(來源:王碩)
論文題為《白堊紀緬甸琥珀中與南非有親緣關係並適應野火頻發的鼠李科植物》(Fire-prone Rhamnaceae with South African affinities in Cretaceous Myanmar amber)。
圖 | 王碩和她研究的部分化石(來源:王碩)
“沒想到這個花已經在地球上綻放了一億年,並且它的形態沒有發生大的變化。同時,花的標本見證了板塊漂移和氣候鉅變,以及白堊紀末期的生物大滅絕事件。”王碩說道。
並且,該工作在一定程度上回答了達爾文的“惱人之謎”,由於地球早期頻繁發生野火,因此如何去適應火災可能是早期驅動被子植物演化的動力之一。
圖 | 相關論文(來源:Nature Plants)
此外,
該研究也說明東南亞地區的生物多樣性,可能與非洲南部的生物多樣性有關聯。
簡單來說,非洲最南端目前仍舊生存著的這種花,但它其實起源很早,甚至一億年以前就是現在的樣子。
圖 | 琥珀中的“菲利卡”及其假單花形態多樣性(來源:Nature Plants)
論文釋出一度受阻,審稿人呼籲“強烈建議發表”
2020 年 3 月,緬甸發生軍事政變,當局局勢嚴重惡化。北美古脊椎動物協會(SVP,Society of Vertebrate Paleontology)建議暫停公佈所有從緬甸獲得的琥珀化石標本。
當時,SVP 組織呼籲業內的三十多個雜誌拒絕審理緬甸琥珀的論文。而王碩使用的標本恰好來自緬甸。該論文原本在
Nature
和
Science
上送審過,後因“緬甸琥珀倫理問題”被砍掉。
之後有一段時間,沒有期刊願意受理這篇論文,其中包括
Nature Communications、Science Advances、Nature Ecology & Evolution、PNAS
等,王碩和團隊一度情緒非常低落。
但是,也有很多學者在相關期刊聯名發表觀點性文章反駁 SVP,可這些期刊的影響力較弱,效果都不是很好。後來,王碩聯絡
Nature Ecology & Evolution
發表文章表明中國科學家的立場觀點,建議不要把科學研究政治化。
這時,論文進入一審五個月左右,同期還有另外兩篇類似的觀點性論文發表,這一定程度上加速了此次論文的發表。她重新將論文投稿到
Nature Plants
,這次文章審稿進度非常快,審稿人評價也很高。2021 年 9 月,期刊編輯表示準備接受,並將作為封面論文。
王碩表示,四位審稿人的評價都很好。其中一位澳大利亞審稿人很有趣,其研究南非植被已有多年,非常確定此次標本正是南非的鼠李科“菲利卡”屬(
Phylica
)。
(來源:Nature Plants)
但他因為論文的英文寫作“罵”了王碩一頓,說論文作者中有好幾個 native speaker,語言表達居然這麼差。對方給她寫了很長的審稿意見,這位審稿人可能是位老先生,附上的 PDF 是手寫稿,上面糾正了一大堆英語問題,對方還表示“我強烈建議這篇文章一定要發表,因為這篇文章非常重要。”並建議同期發表一篇 Commentary,那時他甚至已經把評論文章提交給期刊編輯。後來
Nature Plants
並沒有錄用這位審稿人的 Commentary,而是邀請了另一位專家理查德·J·A·布格斯(Richard J。 A。 Buggs)撰寫了題為“Reconfiguring Darwin’s abominable mystery”的評述,已於 3 月 3 日發表。
另一位審稿人則認為,
如果植物鑑定正確,那麼文章的意義非常大,可能會把早期被子植物的演化時間提前
。
“文章儘快發表比雕琢細節更重要”
一開始,王碩並未就這篇論文立項,也沒有申請相關課題。她只是拿著包括論文在內的材料,請資深專家幫忙鑑定,中科院昆明植物所和植物所(北京)的專家基本起初都不認識該標本。
經過若干時間的努力,王碩及專家們將該標本鑑定為鼠李科,但是很多業內同行都不相信會是這麼早的標本,大家完全不敢聯想到現存的被子植物上面。
後來,她獲悉中科院北京植物所與南非方面交換過標本。再後,北京植物所的張憲春老師幫王碩牽線,讓她得以去北京植物所查標本。
在北京,她查了很久的標本,後來又找南非方面繼續給其寄標本。收到之後,她對標本進行解剖,根據 CT 影象一比一進行對照,期間非常耗時,這有點像證明“我”是“我”的過程。
王碩表示:“如果標本就是鼠李科,那麼它的意義很大,會把整個開花植物的起源推到很早之前,同時或將證明東南亞植被的多樣性與開普植物區有聯絡。這個問題在學界一直有爭議,二十世紀三四十年代就有專家提出過不同假說。另外,此次發現對於區系地理的形成、尤其是東南亞的生物多樣性也有重要意義,包括對氣候變化的生態適應和板塊漂移等。如審稿人所說,論文能輻射的點太多太多。但是,由於自己資歷太淺,沒有展開去寫。”
(來源:Nature Plants)
寫論文期間,王碩前後換了很多版本。在最初一版,她把重點放在開花植物起源上,後面則有一個版本重點講解板塊運動。
論文的共同作者羅伯特·斯派塞(Robert A。 Spicer)在幫王碩修改論文的英文表達時,給她寫過一封郵件。他說這篇文章就一定要上
Nature
或
Science
,因為分量太重。
當她第一次把文章發給另一位共同作者邁克爾·恩格爾(Michael S。 Engel)時,他當時特別興奮,說看了以後睡不著覺。此外,王碩也就論文中區系地理的問題,請教過中科院院士洪德元,洪院士在手寫信中回覆稱:“
文章儘快發表比雕琢細節更重要。
”
該論文輻射的大量知識,也能串聯出很多老院士此前提出的假說,從化石角度提供了一些新證據。
(來源:Nature Plants)
例如,最近
Science
發表了一篇琥珀中的龍腦香科植物花粉的論文,與王碩論文中的緬甸琥珀屬於同一個礦區。同行的這篇論文,證明龍腦香科植物來源於南半球原始古大陸岡瓦納大陸,後跟著印度板塊傳播到現在的東南亞。
圖 | 在琥珀和現存植物種類中發現的花粉粒(來源:Nature Plants)
該論文的結論與王碩論文的結論十分一致。雙方使用了不同資料和不同植被類群,證明了同一觀點,並得到同一科學結論。
以本次論文為出發點,還可研究被子植物的起源時間、板塊運動、生物多樣性起源、系統發育學的修正、以及早期的氣候適應等。
(來源:Nature Plants)
曾被學生質疑研究方向,摸索產業化進行自我“造血”
王碩在青島科大的第一個研究生,是她從中科院動物所帶過來的,入學初試時獲得動物所生態學最高分,複試被調劑。由於所錄取學校和第一志願有落差,再加上 SVP 事件的影響,他覺得就不該研究琥珀,研究涉及倫理問題的緬甸琥珀更是把整個團隊都帶進了死路,加之家庭變故,繼而決定放棄讀博深造。
王碩感到十分惋惜,她說:“那是很熱愛科研的一個孩子,他覺得這些材料是一把鑰匙,中生代發生了很多我們現在不知道的故事,他說過自己要做一輩子,還說有很多秘密等待揭示。入學時他是青島科大的最高分,從中科院動物所調劑過來,結果讀碩到最後就發了一篇很小的文章,剛夠畢業。”
當時,有很多人問王碩為什麼不做昆蟲?琥珀裡的昆蟲標本量,大概是植物的十多倍。而且昆蟲體積較小,很容易在一個琥珀中找到完整標本,也很容易將其鑑別到具體的科屬。但對於植物標本來說,這基本不可能。
(來源:Nature Plants)
研究中,內部作者也曾出現嚴重爭論,由於不是根據一株完整的植物進行鑑定,部分作者認為至多隻能說明和某一個屬很接近。為此,王碩完整復原了它的枝條、莖葉、花、果實、種子、花粉,然後與現生標本一比一對比,並復原了整個生長髮育的過程,從而證明此次標本確實屬於鼠李科。
(來源:Nature Plants)
在論文投稿中,由於 SVP 的攻擊導致論文無法被送審,王碩所有的合作者都很失望,本以為 2021 年底能發表。共同作者羅伯特·斯派塞也在郵件裡安慰她,說這是政治因素非團隊之力所能克服。
但是她也坦言,SVP 事件也帶來了一定“幫助”。多年前,當王碩還在昆明的時候,就有人勸她開個博物館,到青島科大之後也有人勸她。
“但是,我們兩口子都是搞科研的,也不懂運營。瞭解之後就退縮了,主要不知道該怎麼運營博物館。古生物學要求標本要保藏在公立機構並且開放檢視,SVP 當時攻擊中國人把標本放在私人手裡,導致很多外國科學家想檢視標本變得困難,而且標本可能會被倒賣。在審稿的時候,他們提到青島科大不是國際上公認的博物館,不具備化石標本的保藏資質,這也是拒絕審稿的理由之一。”王碩表示。
之後,她“被迫”做產業化。慢慢地,她和丈夫施超開始嘗試科普性工作,同時對琥珀開發出一些下游產業,例如琥珀飾品、琥珀茶具、珠寶文創等,同時也在申請相關專利。這兩年,夫妻二人做的琥珀茶具還獲得了遼寧省輕工行業科技進步一等獎。
圖 | 王碩和團隊(來源:王碩)
“我們現在有理由相信,
基礎研究也可產業化
。另外,我們也打算做鑑定檢驗工作,即提供科研人員判斷的標準以供大家參考,但是否會落實還不確定。總之,這些發散型工作帶來了重要啟發:太過基礎的研究,不能僅指望著國家或單位養活,要想辦法讓研究與產業發生良性迴圈,實現自我造血。”王碩表示。
她調侃自己和丈夫是“純中國製造”的博士,倆人都沒有海外留學經歷,但在本次論文研究中,形成了一支國際化團隊。她說:“我們知道了怎樣與外國人合作,以及中國人在合作中應該扮演的角色,並逐漸探索出一種中國科研正規化。”
圖 | 王碩正在研究的琥珀化石(來源:Nature Plants)
對於後續計劃,她表示:“反正這輩子我要一直做琥珀。”目前還有 70 個蕨類標本沒做完,
下一步打算做蕨類植物在中生代時期的多樣性演化
。而
琥珀更像是一張拍自史前的生態照,是一個時間點的橫截面
,它就定格在所形成的時間。基於這個時間節點,橫向可以去研究多樣性,縱向可以研究起源和進化過程,以及各個生態位之間的相互作用和協同進化等。
-End-
支援:熊嶽城
參考:
1、Shi, C。, Wang, S。, Cai, Hh。 et al。 Fire-prone Rhamnaceae with South African affinities in Cretaceous Myanmar amber。
Nat。 Plants
8, 125–135 (2022)。 https://doi。org/10。1038/s41477-021-01091-w