一项雄心勃勃地重建世界第一朵花的努力引发了一场关于花朵可能采取和不可能采取的形态的辩论。
这个名为 eFLOWER 的项目结合了一个无与伦比的植物性状数据库、大量的进化关系分子数据和复杂的统计模型，以确定所有现代开花植物的祖先可能是什么样子。当其结果于去年 8 月发布时，引起了学术界和媒体的强烈兴趣。
但自那以后，研究人员对 eFLOWER 的一些预测提出了质疑。1 月 31 日，莫斯科国立大学的植物形态学家德米特里·索科洛夫和他的同事发表了一项对数据的重新分析，表明第一朵花中关键的雌性生殖结构具有不同的排列方式。
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这场辩论的中心在于花朵结构的精细之处，但也指出人们对使用统计模型和大型数据集来解决生物学问题的一个更广泛的担忧，佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的植物生物学家帕梅拉·索尔蒂斯说。“有些事情在统计学上是可能的，但在生物学上却不可能，”她说。
开花植物在进化上取得了显著的成功。尽管它们出现的时间仅为 1.4 亿年前——大约在第一批种子植物出现后 2 亿年——但它们现在构成了所有现存陆地植物的 90% 左右。但是化石花朵稀少，植物学家长期以来一直在推测第一朵花可能是什么样子。“花朵是这种大规模多样化的原因，”索尔蒂斯说。“如果不了解第一朵花是什么样子，我们就无法理解我们是如何走到今天的。”
大约八年前，eFLOWER 项目招募了一支植物学专家团队来找出答案。该团队编目了近 800 个物种的 20 多种性状。然后，他们将这些数据与进化关系的分子研究相匹配，并使用统计建模来推断最早的花朵的特征。
萌芽的疑虑
结果描绘出一朵围绕中心轴对称且包含雄性和雌性性器官的花朵。eFLOWER 模型还表明，第一朵花中的许多器官是轮生的，这意味着它们以同心圆排列。但作者也警告说，对其中一些发现的统计支持很薄弱。
即便如此，轮生祖先花朵的想法震惊了一些人，eFLOWER 论文的主要作者、现任澳大利亚悉尼皇家植物园进化生物学家埃尔维·索奎特说。许多植物科学家预计，花朵的器官将以 3D 螺旋排列——围绕中心轴盘绕，但不局限于单个平面。“这是一个长期以来从未得到证实的教条，”他说。
但令索科洛夫感到困惑的是，在索奎特的分析中，花朵的花瓣和雄性生殖器官是轮生的，而被称为心皮的雌性生殖器官是螺旋排列的。他从未见过在一朵花中同时出现轮生和螺旋形器官的组合。此外，他和他的同事认为，植物在同一朵花中实现两种不同器官排列方式在发育上可能是不可行的。
索科洛夫说，这是因为器官是从植物的同一区域出现的。在一些轮生花中，心皮的位置决定了雄性生殖器官的位置。索科洛夫的团队重新翻阅了 eFLOWER 数据库，发现了四个在同一朵花中识别出轮生和螺旋形器官的例子。但在进一步分析之后，他们认为每个例子都只包含一种生殖器官。
分析展开
索奎特说，他的团队此后重新审视了这些数据，并同意了索科洛夫的一些担忧，但并非全部。他说，使用更新和扩展的数据集重复他们的分析，他们现在发现祖先花朵中的所有生殖器官都可能是轮生的。但正如第一次分析一样，一些修订后的结果的统计支持程度相对较低。“以前不确定，现在仍然不确定，”索奎特说。“我们还不知道最终答案。”
索科洛夫说，eFLOWER 方法的一个根本问题是在将这些性状组合成一朵连贯的花朵之前，分别评估了花朵的每个性状。“他们分别分析了每个性状的演变，”他说。“但某些性状的组合是不可能的。”
即便如此，索奎特认为，在现代花朵中缺少某种特定形态并不意味着它从未存在过。“以前存在很多我们现在看不到的奇怪的东西，”他说。
弗吉尼亚联邦大学里士满分校研究植物进化的张文恒说，要解决关于第一朵花的争论，就需要一个更大的数据库和更复杂的模型。但 eFLOWER 的努力是现代技术如何与经典形态学相结合来解决有关植物起源的基本问题的一个例子，她说。“这种研究引导植物学家重新审视形态学，”张说。“它只是回归到基础知识。”
本文经许可转载，并于 2018 年 2 月 5 日首次发表。