PNAS文章意外解开百年之谜

　　生物通报道：故事开始于Joe Williams突发的好奇心——对于澳大利亚东北部一株高达80英尺的树的枝条产生的好奇心，从而导致了这位田纳西大学诺克斯维尔分校（University of Tennessee，knoxville）的研究人员发现了一个也许能解释世界上的开花植物为什么存在如此之多，令人惊叹的多样性的机制，这个问题从达尔文时代起就一直困扰着科学家们。

Joe Williams是田纳西大学诺克斯维尔分校生态学及进化生物学的一名助理教授，他的这一研究得到了田纳西大学，以及美国国家科学基金的资助，所得的研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线版上，其研究意义在于提出开花植物（即已知的被子植物）进化多样性的关键在于：其精细胞能快速有效的从花粉中传递到卵细胞。

Williams的好奇心是被“时间”挑起的，即花粉着陆到这一植物的种子受精这一过程的时间，Williams注意到在相关的研究文章中，“通常描绘的是受精如何完成的，但是从来不会提及这一过程所需要的时间。”

植物在授粉之后便会开始发芽，在这个过程中，花粉粒的内壁通过花粉外壁上的萌发孔（或沟）向外伸出的细管，即花粉管。一般每个花粉粒萌发时产生一个花粉管，具多萌发孔的花粉粒开始可以同时长出数个花粉管，但最终只有一个继续生长。在不开花的植物中，这个延伸过程通常比较短，这是由于花粉管在延伸的过程中需要破坏细胞，耗时耗力。而开花植物花粉管的这个过程则较长，通过在细胞中“挤压”到达卵细胞。这就是Williams提出的开花植物多样性的关键所在。

Williams说，“植物的花粉到达卵细胞这一受精的过程越长，植物死亡的几率就越大。”

根据Williams多年来收集得到的数据，他发现开花植物较早的种系——那些处于被子植物（angiosperms）进化树底端的植物，比较于经过进化，现今存在的不同种系的开花植物，具有更短的花粉管。

为了证实这一发现，Williams来到了澳大利亚的热带雨林，他亲手帮助一种古老的藤类植物：木兰藤（Austrobaileya，木兰藤科注释见后，这种植物能生长得很高）进行了授粉，Williams之所以选择这种植物，以及其它两种植物：只在新喀里多尼亚（New Caledonia）太平洋岛上发现的一种植物，生长在科罗拉多山脉顶部的一种水百合，是因为这些植物是在开花植物进化过程中早期出现的物种。

结果Williams发现，将其与现代的被子植物物种比较，早期植物长出的花粉管较短，而且比现代的开花植物需要更多的时间完成这一过程。这说明这些花粉管也许在现存的大约25万种开花植物的进化过程中扮演了一种之前未知的角色。

Williams表示，“随着这些植物的花粉管逐渐生长得越来越快，完成更远的路程，开花植物也获得了进化开出更大更复杂花朵的能力，从而更多的种子能到达子房的更深处，结出更大的果实。”
（生物通：张迪）

注：

1.木兰藤科 (AUSTROBAILEYACEAE Croizat 1943 nom. conserv.)

　　常绿木质藤本，具松散缠绕的主茎和直而呈叶状的扁平枝，薄壁组织--至少在皮层中--具球形油细胞，另一些细胞具砂晶形式的草酸钙结晶；明显不含生物碱；茎节为单叶隙，具2维管束迹；髓木质化；导管具梯纹穿孔板；大多数无穿孔的输水分子具明显的具缘纹孔，被认为是厚壁的管胞，但也有一些具横隔，始终具数核，具稀少至明显的具缘纹孔；木薄壁组织为傍管型；木射线细胞异形，兼有单列细胞和多列细胞，后者宽至8列细胞，具伸长的末端；韧皮部的类型较原始，并非全部伴胞都有和筛管分子紧密联系的个体发育；筛管分子具S型质体。叶对生或近对生，光滑，革质，单叶，全缘，羽状脉；气孔兼具平列型和不规则型；叶柄短粗，弯曲；托叶缺。花相当大，单生于叶腋，具腐败气味，很可能由蝇类传粉，两性，下位；花被片约12枚，浅绿色，离生，成紧密螺旋状排列，外侧的为萼片状，向内渐增大，直至呈花瓣状；雄蕊密布紫色斑点，12－25枚，螺旋状排列，外侧5－9枚可育，向内渐退化而不育；可育雄蕊浅绿色，片状，花瓣状，不分化为花丝和花药，具四孢子囊，延长的小孢子囊两两并排成2组，生于雄蕊远轴一边；花粉粒具二核，球状，具单萌发沟（即远极沟）；雌蕊(6－)9(－14)，离生，多少呈螺旋状排列，心皮具柄，每枚心皮具一延长、2裂的花柱和数个下延的柱头；胚珠8－14；片状边缘胎座，倒生，双珠被，厚珠心。果实鲜橙黄色，椭圆状球形，多汁，浆果状；种子大，具革质种皮，外层形成肉质种皮；胚很小，双子叶；胚乳丰富，嚼烂状。