出品：科普中國
制作：一群青桐
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花能給蝴蝶等昆蟲提供花蜜，而蝴蝶等昆蟲能幫助花朵傳粉。那么問題來了：地球上，究竟是先有花還是先有蝴蝶？
曾經(jīng)，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為花的出現(xiàn)要早于最早的授粉者，蝴蝶和飛蛾之類的昆蟲是隨花而生的。然而，最新研究表明，早在地球上第一種開花植物出現(xiàn)之前，原始蝴蝶就已經(jīng)存在了。
正在吸食花蜜的琉璃小灰蝶
圖片來源：維基百科
先有蝴蝶還是先有花？科學(xué)家是如何知道的？
要知道先有蝴蝶還是先有花，我們需要知道第一只蝴蝶和第一朵花誰先出現(xiàn)在地球上，最常見的方法是，找化石。
然而，花的結(jié)構(gòu)比較脆弱，很難被保存，只有在最幸運(yùn)的情況下，才會形成化石。目前已發(fā)現(xiàn)的最古老的花化石，是在西班牙發(fā)現(xiàn)的一株水生植物的化石，距今1.3億年。
圖片來源：Gomez等/ PNAS
分子生物學(xué)的發(fā)展，為科學(xué)家了解花的進(jìn)化帶來了便利?？茖W(xué)家結(jié)合分子系統(tǒng)學(xué)和大化石證據(jù)，收集了63個(gè)目，372個(gè)科，793種植物，13444個(gè)特征數(shù)據(jù)，基于模型重建了被子植物系統(tǒng)發(fā)育的祖先花，發(fā)現(xiàn)其可追溯到1.4億年前。
利用模型重建的祖先花
圖片來源：Sauquet, H. 2017
蝴蝶和蛾類在分類學(xué)上屬于鱗翅目昆蟲，最明顯的特征是身上和翅上被覆鱗片，擁有虹吸式口器——長長的喙，便于吸食花蜜。和花朵一樣，蝴蝶和飛蛾之類的昆蟲也很難留下化石，可供研究的完整化石非常稀少，但科學(xué)家找到了新的突破。
2012年，一個(gè)致力于研究孢子和花粉的古生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在搜尋古老的葉子凋落物和沉積物時(shí)，在有機(jī)沉積物中發(fā)現(xiàn)了一些無法解釋的微小結(jié)構(gòu)。研究者最終發(fā)現(xiàn)，這些微小結(jié)構(gòu)是原始鱗翅目昆蟲翅膀的遺骸。
研究人員發(fā)現(xiàn)了沉積物中原始的蝴蝶和飛蛾翅膀的證據(jù)。
圖片來源：Bass van de Schootbrugge /烏得勒支大學(xué)照片
根據(jù)孢粉學(xué)的分析，這些遺骸出現(xiàn)的沉積層形成于三疊系-侏羅系過渡時(shí)期，大約在2億年前。也就是說，鱗翅目昆蟲至少在2億年前就已經(jīng)在地球上出現(xiàn)，而開花植物在1.4億年前才開始在陸地上生長，早在開花植物即被子植物出現(xiàn)6000萬年之前，原始的蝴蝶和蛾類就已經(jīng)出現(xiàn)了。
在花朵出現(xiàn)之前，這些原始蝴蝶吃什么呢？
在原始鱗翅目昆蟲翅膀的化石發(fā)現(xiàn)之前，科學(xué)家普遍的觀點(diǎn)是，蝴蝶和飛蛾等昆蟲口器的出現(xiàn)是為了適應(yīng)吸食花蜜而發(fā)生的進(jìn)化。但是，如果擁有口器的蝴蝶和蛾子是在開花植物之前出現(xiàn)的，那么它們是以什么為食的呢？又是什么原因，讓它們開始以吸食花蜜生存？
考慮到當(dāng)時(shí)地球上的天氣要比現(xiàn)在炎熱干燥得多，蝴蝶和飛蛾等昆蟲身體表面積比較大，體內(nèi)水分容易丟失，科學(xué)家的一個(gè)猜想是，為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)炎熱干燥的氣候，原始昆蟲進(jìn)化出了虹吸式的喙，便于有效攝入液體、補(bǔ)充迅速流失的水分。也就是說，早期蝴蝶和飛蛾的喙是用來“喝水”的。
最初，它們可能是靠吮吸水滴和破損葉片和樹干的滲出物生存。直到今天，仍然有少數(shù)蝴蝶保留了這種原始特性。例如，枯葉蛺蝶和琉璃蛺蝶主要以腐爛的水果或葉樹干蟲蛀傷口流出的樹液為食。
枯葉蝶
圖片來源：維基百科
裸子植物出現(xiàn)后，原始蝴蝶和飛蛾繼而發(fā)現(xiàn)了原始松柏等祼子植物未成熟種子分泌的高營養(yǎng)液體——傳粉滴。傳粉滴中含有多種糖類物質(zhì)，包括果糖、葡萄糖和蔗糖，蝴蝶很快就喜歡上了營養(yǎng)豐富的傳粉滴的甜。
在開花植物出現(xiàn)之后，昆蟲被花蜜吸引，在吸食花蜜的同時(shí)，也幫助花朵傳粉，雙方最終形成互利關(guān)系，共同進(jìn)化。
最后需要提醒的是，雖然目前確定的證據(jù)顯示花朵只存在了一億四千萬年之久，但一些環(huán)境上的證據(jù)顯示它們存在的時(shí)間或許有更久。畢竟，我們不能回到開花植物開始出現(xiàn)的時(shí)間，對被子植物起源的了解，也只能通過化石或是已有的分子技術(shù)手段。
或許，在未來，我們能幸運(yùn)地發(fā)現(xiàn)新的化石證據(jù)。亦或是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們能發(fā)現(xiàn)存在更久的開花植物，開花植物與昆蟲的關(guān)系還會被重新定義。
不斷發(fā)現(xiàn)、不斷證明、不斷推翻，科學(xué)不就是如此重復(fù)的過程嗎？
參考文獻(xiàn)：
First ever flower, 140 million years ago, looked like a magnolia. By Mario Vallejo-Marin, University of Stirling
Sauquet, H., von Balthazar, M., Magallón, S. et al. The ancestral flower of angiosperms and its early diversification. Nat Commun 8, 16047 (2017).
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.
