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蝴蝶的特点「已解决」

知识网2022年04月30日 14:52原创

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蝴蝶的特点「已解决」

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出品:科普中国

制作:一群青桐

监制:中国科学院计算机网络信息中心

花能给蝴蝶等昆虫提供花蜜,而蝴蝶等昆虫能帮助花朵传粉。那么问题来了:地球上,究竟是先有花还是先有蝴蝶?

曾经,大多数科学家认为花的出现要早于最早的授粉者,蝴蝶和飞蛾之类的昆虫是随花而生的。然而,最新研究表明,早在地球上第一种开花植物出现之前,原始蝴蝶就已经存在了。

蝴蝶为什么喜欢吸花蜜?

正在吸食花蜜的琉璃小灰蝶/图片来源:维基百科

先有蝴蝶还是先有花?科学家是如何知道的?

要知道先有蝴蝶还是先有花,我们需要知道第一只蝴蝶和第一朵花谁先出现在地球上,最常见的方法是,找化石。

然而,花的结构比较脆弱,很难被保存,只有在最幸运的情况下,才会形成化石。目前已发现的最古老的花化石,是在西班牙发现的一株水生植物的化石,距今1.3亿年。

蝴蝶为什么喜欢吸花蜜?

图片来源:Gomez等/ PNAS

分子生物学的发展,为科学家了解花的进化带来了便利。科学家结合分子系统学和大化石证据,收集了63个目,372个科,793种植物,13444个特征数据,基于模型重建了被子植物系统发育的祖先花,发现其可追溯到1.4亿年前。

蝴蝶为什么喜欢吸花蜜?

利用模型重建的祖先花/图片来源:Sauquet, H. 2017

蝴蝶和蛾类在分类学上属于鳞翅目昆虫,最明显的特征是身上和翅上被覆鳞片,拥有虹吸式口器——长长的喙,便于吸食花蜜。

和花朵一样,蝴蝶和飞蛾之类的昆虫也很难留下化石,可供研究的完整化石非常稀少,但科学家找到了新的突破。

2012年,一个致力于研究孢子和花粉的古生物学研究团队在搜寻古老的叶子凋落物和沉积物时,在有机沉积物中发现了一些无法解释的微小结构。研究者最终发现,这些微小结构是原始鳞翅目昆虫翅膀的遗骸。

蝴蝶为什么喜欢吸花蜜?

研究人员发现了沉积物中原始的蝴蝶和飞蛾翅膀的证据/图片来源:Bass van de Schootbrugge乌得勒支大学照片

根据孢粉学的分析,这些遗骸出现的沉积层形成于三叠系-侏罗系过渡时期,大约在2亿年前。也就是说,鳞翅目昆虫至少在2亿年前就已经在地球上出现,而开花植物在1.4亿年前才开始在陆地上生长,早在开花植物即被子植物出现6000万年之前,原始的蝴蝶和蛾类就已经出现了。

在花朵出现之前,这些原始蝴蝶吃什么呢?

在原始鳞翅目昆虫翅膀的化石发现之前,科学家普遍的观点是,蝴蝶和飞蛾等昆虫口器的出现是为了适应吸食花蜜而发生的进化。

但是,如果拥有口器的蝴蝶和蛾子是在开花植物之前出现的,那么它们是以什么为食的呢?又是什么原因,让它们开始以吸食花蜜生存?

考虑到当时地球上的天气要比现在炎热干燥得多,蝴蝶和飞蛾等昆虫身体表面积比较大,体内水分容易丢失,科学家的一个猜想是,为了适应当时炎热干燥的气候,原始昆虫进化出了虹吸式的喙,便于有效摄入液体、补充迅速流失的水分。也就是说,早期蝴蝶和飞蛾的喙是用来"喝水"的。

最初,它们可能是靠吮吸水滴和破损叶片和树干的渗出物生存。

直到今天,仍然有少数蝴蝶保留了这种原始特性。例如,枯叶蛱蝶和琉璃蛱蝶主要以腐烂的水果或叶树干虫蛀伤口流出的树液为食。

蝴蝶为什么喜欢吸花蜜?

枯叶蝶/图片来源:维基百科

裸子植物出现后,原始蝴蝶和飞蛾继而发现了原始松柏等祼子植物未成熟种子分泌的高营养液体——传粉滴。传粉滴中含有多种糖类物质,包括果糖、葡萄糖和蔗糖,蝴蝶很快就喜欢上了营养丰富的传粉滴的甜。

在开花植物出现之后,昆虫被花蜜吸引,在吸食花蜜的同时,也帮助花朵传粉,双方最终形成互利关系,共同进化。

最后需要提醒的是,虽然目前确定的证据显示花朵只存在了一亿四千万年之久,但一些环境上的证据显示它们存在的时间或许有更久。毕竟,我们不能回到开花植物开始出现的时间,对被子植物起源的了解,也只能通过化石或是已有的分子技术手段。

或许,在未来,我们能幸运地发现新的化石证据。亦或是随着技术的不断发展,我们能发现存在更久的开花植物,开花植物与昆虫的关系还会被重新定义。

不断发现、不断证明、不断推翻,科学不就是如此重复的过程吗?

参考文献:

[1] First ever flower, 140 million years ago, looked like a magnolia. By Mario Vallejo-Marin, University of Stirling

[2] Sauquet, H., von Balthazar, M., Magallón, S. et al. The ancestral flower of angiosperms and its early diversification. Nat Commun 8, 16047 (2017).

[3] Van Eldijk T J B , Wappler T , Strother P K , et al. A Triassic-Jurassic window into the evolution of Lepidoptera[J]. Science Advances, 2018, 4(1):e1701568.

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