原创解读|授粉在植物出现之前就存在了吗？

在开始讨论这个问题之前，我们回顾一个争论多年的话题“先有鸡还是先有蛋？”。

针对这个问题的辩论直到今天仍然有很多争议，目前被大多数人接受的结论是鸟类的祖先-恐龙在过度时期进化出了类似鸟蛋的生殖方式，而后来的鸟类不断地进化，同时也继承了这种以产卵的形式繁衍后代的方式。2010年英国科学家福利本和奥德曼等研究人员发现，鸡蛋的构造取决于在母鸡卵巢中发现的一种蛋白，这种蛋白称为ovocledidin-17(简称OC-17)，OC-17蛋白控制着鸡蛋的合成，没有OC-17蛋白，鸡蛋的外表部分就无法结晶，形成蛋壳。也就是说OC-17蛋白是蛋壳形成的关键性的因素。但是科学家又发现OC-17蛋白只能在鸟的卵巢中生成。那么，恐龙的卵巢是不是也能产生OC-17蛋白呢？恐龙已经灭绝了，我们无从获取恐龙的蛋白。但是通过进化论和遗传学的知识，我们不妨大胆假设，鸟类的OC-17基因也是来自于他们的祖先-恐龙的。

那么，是否授粉在植物出现之前就存在了呢？近期在《Science》上的研究论文“Did pollination exist before plants?(Research shows that seaweeds depend on crustaceans for fertilization)” 对这个问题展开了讨论。

种子植物的有性繁殖包括花粉中的雄性配子向雌性配子的转移。在开花植物(被子植物)中，这是通过花的柱头完成的，而裸子植物(如针叶树和苏铁)在其生殖轴上产生多样性的结构来完成相同的任务。这种雄性配子的转移通常被称为授粉，可以通过动物、风或水来调节。以昆虫为主要媒介的动物传粉是被子植物的主要传粉策略，但也存在于现存的裸子植物和一些藓类植物中。除了这些植物，到目前为止，还没有其他生物群体被证明能以这种方式与动物互动。Lavaut等人证明了一种现存的红海藻(Gracilaria gracilis)利用等足类甲壳纲动物Idotea balthica转移其雄性配子，极大地扩展了以动物为传播媒介的物种的系统发育范围。

虽然它们能进行光合作用，但海藻是藻类的一种，因此与真正的植物的关系非常远。红色海藻G. gracilis所属的群体大约10亿年前出现，比植物出现的时间早得多。等足类动物没有那么古老，但尽管如此，它们与海藻的关系至少已经发展了3亿年。有可能在此之前，红海藻依靠其他一些现已灭绝的海洋无脊椎动物作为传播者，但最早确认的节肢动物只出现在大约6亿年前。在此之前，这些海藻是如何繁殖的还是个谜，但Lavaut等人认为海藻的繁殖是双栖性的，也就是说，它的雄性配子可以通过等足类动物或水流来运输。这一发现意义重大，因为既依赖风媒又依赖动物授粉的现存种子植物很普遍。

G. gracilis属的6750种海藻与大多数其他海藻的区别在于它们的雄性配子没有鞭毛运动。以前人们认为它们可以通过水流被动地到达雌性的生殖结构，这是一些水生开花植物常用的策略。然而，Lavaut等人证明，等足类甲壳类动物可能会被这些海藻吸引，海藻提供了一个栖息地，在那里可以躲避捕食者，并以寄生在海藻表面的小藻类为食。除了授粉之外，等足类动物的碰-擦等活动还会清除这些藻类，并可能提高海藻的生长速度。通过这种方式，等足类动物与海藻进行了双重互惠共生。

不同物种之间的相互作用是使生态系统有效运作的源动力。食草动物以植物为食，食肉动物以动物为食，分解有机物并将其循环利用，这一切都为地球的终极循环做出了贡献。生态学家研究这些相互作用的结果，哪些物种受益，哪些物种受到负面影响，以及哪些物种的进化适应性(即繁殖能力)是中性的结果。两个物种都受益的互惠互动通常是维持种群数量的原因，因为它们对个体的繁殖成功有积极的影响。从促进食草动物消化纤维素的肠道微生物，到相互保护免受捕食者伤害的鱼类和海葵，再到植物与传粉者的关系，互惠共生在生态学中发挥着至关重要的作用。

依靠第三方来促进繁殖对那些不能四处走动寻找配偶的生物来说显然是一种至关重要的方式。尽管它曾经被认为是开花植物的标志，但研究人员发现，这种动物将不同的配子或静止生物交配的相互作用，可能在被子植物和裸子植物(如苔藓和真菌)进化早于被子植物和裸子植物的类群中发现。Lavaut等人的研究扩大了动物媒介雄性配子转移的种类和历史，将授粉的概念从植物转移到藻类，并可能将其推回到海洋无脊椎动物最早的进化。

依赖动物来确保繁殖并非没有风险，尤其是在一个人类快速变化的世界。正如Lavaut等人指出的，这种海藻的大多数繁殖发生在退潮时沿海岩石池中相对平静的水域。这些栖息地受到诸如水污染、入侵物种、海岸线物理改造、气候和海平面变化等因素的威胁。此外，一般来说，甲壳类动物很容易受到与大气中二氧化碳浓度上升相关的海洋酸化的影响。海洋的酸性可以通过脱钙来削弱它们的外骨骼，尽管这种影响还有待于等足类动物的彻底研究。包括江蓠在内的海藻对其生长的生态系统也具有重要的生态意义，并被报道可作为一种可持续的食物来源。然而，海洋环境正处于巨大的人为压力之下，Lavaut等人证明了保护生态系统内物种以及不同物种之间相互作用网络的重要性。

在这一生态学领域还有很多工作要做，还有很多发现等着我们去发现。尽管是研究最广泛的植物群体，最近的估计表明，在30多万种已知的动物授粉开花植物中，只有10%的传粉者被记录下来。毫无疑问，还有更多的发现等待着细心的物种相互作用的观察者。

回归到小麦研究，小麦从二倍体到四倍体，再到六倍体的形成，目前被认为是自然杂交而产生的。或许，六倍体小麦出现之前，小麦的祖先也有着不为人知的特殊、有趣的传粉方式，最终才发展出今天的六倍体小麦。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add3198

转自：植物科学SCI

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