种子植物的崛起
古生代的石炭纪就已经有种子植物出现了。在古生代末期的二叠纪,地球上的气候开始再度干燥起来,并有周期性的冰冻。曾经称霸一时的古代蕨类植物由于不能适应这样的恶劣环境而逐渐衰落,只有少数种类残留下来。与此同时,由蕨类植物演化而来、更能适应这种干燥环境的种子植物不断壮大起来。
种子诞生
地球上最早出现的种子植物是一种叫做“种子蕨”的裸子植物。它们的叶和真蕨植物非常相似,但它们通过种子繁殖,而不是像蕨类植物那样形成孢子来产生后代。
种子蕨的历史大约可以追溯到泥盆纪晚期,虽然通过种子繁殖是更加先进的生存方式,但是在当时温暖潮湿的气候条件下还不能表现出太大的优势。因此在古生代晚期的石炭纪和二叠纪,它们还处于养精蓄锐的阶段。到了中生代的三叠纪和侏罗纪,由于气候干燥,种子蕨迅速崛起,填补了大型蕨类消失后留下的空缺。
不过种子蕨毕竟是原始的裸子植物,在与后来出现的更加先进的种子植物进行竞争的过程中,种子蕨没能逃过没落的命运,到白垩纪早期宣告灭绝。它们的消失比恐龙的灭亡还要早数千万年。
顽强的种子
种子在离开母体之后,可以长时间保持休眠状态,直到环境条件适宜的时候才萌发成新的植株。种子本身所含有的胚乳或子叶,能在种子萌发时给幼体提供营养物质,从而提高了幼体的生存能力。而且,种子植物在受精时,已经不像蕨类植物那样需要水的帮助,这在干燥的气候条件下,无疑成为种子植物的求生法宝。
与蕨类植物的孢子相比,种子具有更加顽强的生命力,某些特殊植物的种子甚至在地层中埋藏数千年仍然能够萌发,并发育成正常的植株。
20世纪50年代初,在辽宁省的泥炭层中发现了一些古莲子。通过鉴定,这些古莲子的寿命已经有1288年,它们经过处理后仍能萌发并年年开花。
日本也曾出土过2000年前的玉兰花种子,它们同样成功地发了芽。
目前所知道的寿命最长、仍能萌发并正常生长的种子,当数“羽扁豆”种子,有人发现它历经1万年的休眠,依然是生机勃勃。
种子的这种顽强生命力实在是让人赞叹!
延存的裸子植物
今天的“地球巨人”
在经历了亿万年的历史变迁之后,目前地球上体型最大、身材最高的生物都生活在美国的加利福尼亚。它们分别是美国红杉国家公园里被称为“谢尔曼将军”的巨杉和加利福尼亚州北部被称为“亥伯龙神”的红杉。
“谢尔曼将军”发现于1879年,高84米,重1500多吨,即使是迄今发现的最大的蓝鲸,也只有190吨,根本无法与之相比。它的寿命已经超过3500 岁,堪称今天世界上体型最大的“老寿星”了。
在美国加利福尼亚州北部偏远的海岸森林中有一棵红杉,经测量后被暂时确定为目前世界上最高的生物,人们以希腊神话中的“亥伯龙神”为这棵红杉命名。它的身高已经达到了115.2米,差不多相当于40层楼那么高。
活化石
在裸子植物中,水杉和银杏都被誉为“活化石”,因为它们都一度险遭灭绝。或许今天你走过路边的水杉时,只为它的挺拔而感叹。可是在20世纪40年代以前,世界上只发现过它们的化石,所以人们一直认为它们早已绝迹。直到中国的植物学家在四川省发现了活的水杉林,这些“真人”才终于“露相”。那1000多株活生生的水杉,着实让世界为之轰动。
现在,这种有着精美羽状复叶、高大挺拔的活化石,已经被引种到世界上的很多地区,成为那里的“永久居民”。
其实,水杉在1亿年前的白垩纪早期就开始“亮相”了,广泛分布于北半球。但后来由于地壳运动的原因,北半球气候逐渐变冷,尤其是第四纪冰川时期,北半球绝大多数地区的水杉再也耐不住严寒,它们的呼吸淹没在来势凶猛的冰川中,只有在中国中西部地区的少量水杉,由于地形的保护才躲过了这场“灭门浩劫”。
和水杉一样,银杏也是从遥远的恐龙时代流传至今的裸子植物,它那美丽的扇形叶片在植物界绝无仅有。
银杏的历史可以追溯到2亿年前的中生代,当时它们曾经遍布世界各地,但是后来在被子植物的竞争以及多次冰川的影响下,这个物种没落了。直到18世纪在中国发现活的银杏之前,人们都以为只能在化石中寻找它们的美丽了。
银杏是一种雌雄异株的植物,只有生长雌“花”(大孢子叶球)的植物才能形成种子。银杏的种子有一层白色的肉质外种皮包被,俗称“白果”,它虽然有毒,但用现代加工方法处理以后可以食用。
现在很多地方都把银杏作为行道树栽种,但一般不会看到白果,因为它的外种皮在腐烂时会发出恶臭,所以人们往往只把雄性的银杏植株作为行道树。
红豆杉
从化石记录来看,红豆杉的历史比水杉更古老,可以追溯到2亿年前的三叠纪末至侏罗纪初。
红豆杉拥有美丽的红色“果实”,或许这也是它名称的由来。但这种美丽却与剧毒相伴,人若误食,腹中便难受至极,它的美丽真是令人望而生畏啊。
20世纪90年代之前,红豆杉与人类相安无事。可是此后,由于紫杉醇被批准用于癌症治疗,红豆杉就开始了悲惨的命运。紫杉醇是一种颇为有效的抗癌物质,目前还只能从红豆杉中提取,无法人工合成。由于此前没有进行规模化的人工种植。所以野生红豆杉就成了紫杉醇的唯一来源。
目前,每年4000千克的紫杉醇才能满足全球的需要,而生产1千克紫杉醇就需要15.30吨红豆杉树皮。正所谓“物以稀为贵”,紫杉醇的价格已经攀升到每千克数十万甚至数百万美元。巨额的利润让野生红豆杉活生生地被扒去树皮,大量死去。在东南亚和中国,数以百万计的野生红豆杉遭到毁坏,濒临灭绝,实在是惨不忍睹,真是“自古红颜多薄命”啊!
人工种植红豆杉,或者尽快找到人工合成紫杉醇的方法,才能为红豆杉带来一线生机。
苏铁开“花”非易事
苏铁是现存裸子植物中的一个古老类群,它们的历史可以追溯到二叠纪早期至石炭纪晚期,距今约有2.8亿年之久。
从化石来看,苏铁很可能起源于古生代的种子蕨,在中生代时获得了最大的发展,分布极其广泛,甚至于有些人愿意把中生代叫做“苏铁植物时代”。但后来,由于松柏类植物和被子植物的竞争,古老的苏铁植物逐渐衰落了。
尽管苏铁因其生命力强、形态美观而被广泛用作园林植物,但众所周知,“铁树开花非易事”。可这是为什么呢?
确切地说,苏铁没有花,我们偶尔能看到的只是它的“孢子叶球”。我们知道,植物开花需要消耗大量的物质和能量,没有适宜的温度、充足的肥料、合适的光照等条件,植物是很难开花的。苏铁也是如此。它们经历了冰川时期的诸多磨难,好不容易才延续至今,当然要有“过人之处”。所以苏铁并不轻易开“花”,只有在适宜的环境中,尤其是气候足够温暖的时候,才可能向世人展示它们难得的姿彩。否则它们早就在寒冷的冰川时期销声匿迹了。在相对比较寒冷的地区,苏铁可能几十年才开一次“花”,甚至终生不开“花”。
被子植物
能够开出真正的花,这是被子植物的特点,也就是这个伟大的进步造就了今天被子植物在植物界的霸主地位。迄今为止,已经被人类鉴定的被子植物超过了27万种,占现存植物种类的一半以上,并且在多数地区的植被中拥有统治地位。
可惜的是,那些最早出现的被子植物却早已消失,我们对这样一类“王者植物”是如何出现并繁盛的过程不甚了解。揭开它们神秘面纱的线索,或许就隐藏在寻找早期花的研究中。
亘古羞涩第一花
千姿百态、风情万种的花朵,给多少人带来欢愉和遐想,又有多少人为之沉醉。可是,地球上的第一朵花究竟出现在何时何地?它长什么样子?探寻这个问题的答案恐怕不仅仅是为了满足我们的好奇心,更重要的是,它表明了被子植物的起源。
早在100多年前,达尔文就曾对这个问题产生了浓厚的兴趣,并进行了深入的研究。然而他却发现,在1亿年前的白垩纪,被子植物好像一夜之间就大量出现。难道它们真的是大自然的“神来之笔”绘就的惊世巨作?
达尔文对此苦苦追寻,最终也一无所获,只能遗憾地把这个问题称作“一个讨厌的迷”。直到1996年的一天,中国的古植物学家孙革及其同事发现了一块1.4亿年前侏罗纪晚期的化石,这个谜团才得以展开。
在这块化石中,居然保留着40多枚类似豆荚的果实,这就是被称为“辽宁古果”的已知最古老的果实。更令人诧异的是,豆荚中的种子虽然历经岁月的侵蚀已经干瘪,但它们在豆荚的保护下竟然没有石化!
尽管“辽宁古果”只向世人展现了古老的果实,但由于果实只能由花形成,所以,找到了最古老的果实也就意味着发现了最古老的花。
由于花在结构上非常娇嫩,要想在化石中见到它们实在不是一件容易的事。1989年在澳大利亚维多利亚州的库恩瓦拉发现的一块化石令世人震惊:它记录着一小段枝条上的两片叶子和一朵花。这竟然是1.18亿年前大自然的杰作,也是迄今为止所发现的最古老的花朵化石。研究表明,这个植物可能是今天胡椒类植物的先辈。
我们真该感谢大自然的慷慨,让我们可以瞻仰那远古的美丽。当然,现在的古生物学家们仍然没有停止寻找最古老的花的脚步,“辽宁古果”作为最古老的花的记录还可能被再次刷新。
与虫为伴多绚丽
尽管辽宁古果的化石“藏匿”了它们的花朵,但从进化的角度和其他化石来看,最初的花不大可能像今天的花那样精致和美丽。它们可能没有丰富的花粉、花蜜和浓郁的芳香,也没有娇艳的花瓣。那么它们是如何变幻出今日的多姿多彩的呢?因为很多花选择了“与虫为伴”。
最初的花很可能是由植物的短小枝条发展而来,花瓣可以看成是极度特化的叶片,所以最初的花瓣很可能与叶片相似。但是,古老被子植物的后代为了吸引昆虫为之传粉,逐渐发展出绚丽的花瓣、甜美的花蜜和诱人的香气。这样的花,我们今天称之为“虫媒花”。
很多被子植物选择昆虫作为传粉动物是有道理的。无论从种类还是数量上来看,昆虫都是所有动物中最成功的家族。今天地球上生活着的昆虫有数百万种之多,占了所有生物物种总数的一半以上。
既然那么多被子植物的花可谓色、香、味俱全,昆虫当然也乐意与之“结伴而行”。于是,在1亿多年前的白垩纪,当被子植物开始大量出现之后,它们便“一拍即合”,走上了共同进化的道路。
昆虫的到访刺激了花的发展,加强了蜜腺的隐蔽性和花粉的特化,可口的花蜜、漂亮的花瓣、诱“虫”的香气,还有各式各样花的形状等,所有这一切都是为了满足昆虫的渴望,让它们能更好地完成传粉的任务。在漫长的演化过程中,那些没能赢得昆虫青睐的虫媒植物逐渐衰落,甚至消亡。
与此同时,为了更好地吸食花粉和花蜜,昆虫的很多特征也在悄悄地发生变化。例如:吻部的形态和行为高度专一化;身体的大小与花形相适应;昆虫专门造访某种或少数几种花,等等。试想一下,要是双翅展开有70厘米长的石炭纪古蜻蜓,怎么可能被娇嫩的花朵所接受?还没等古蜻蜓传粉,它就把花朵折腾得不成样子了。
说到昆虫对花的专一性,这里还有一段小插曲。新西兰在19世纪初引进了一种名叫“红三叶”的优良牧草,以便为畜牧业提供优质饲料。但是引进后却发生了奇怪的现象:无论气候、土壤、光照等条件多么理想,红三叶也不肯迅速生长。直到1880年,新西兰又引入了一种叫做“熊蜂”的蜜蜂,红三叶的产量才开始大增。原来,红三叶和熊蜂之间有着特殊的偏好,熊蜂成了红三叶的“铁杆”传粉匠。其实,这种现象在其他很多虫媒植物中也很常见。
昆虫和花朵“携手相伴”的情景也被其他动物看在眼里,其中就有一些效仿者也紧随其后。
蜂鸟就是其中之一。它那娇小的身材和时停时动的翩翩舞姿,怎么能不让花儿们为之“心动”,甘心情愿献出自己酿造的醇美蜜汁?而蜂鸟细长的喙,更是能轻而易举地为自己从花朵中获得犒赏。
甚至有些蝙蝠也能充当传粉者的角色。这样的蝙蝠往往身体狭小,舌细而长,舌尖有许多毛刷状突起,以便取食花蜜。而这些蝙蝠所光顾的花朵一般都比较大,毕竟与大多数昆虫相比,再小的蝙蝠也是庞然大物了。而且它们常常在夜间开放,发出某种特殊气味来吸引蝙蝠。而这样的花对于色彩的追求可以不那么重要,毕竟黑漆漆的夜晚也无人欣赏,再说蝙蝠本身就是个“睁眼瞎”。
踏风而舞走他乡
大自然中的另一类花与虫媒花不同,它们不像虫媒花那样争奇斗艳,芬芳宜人,而是朴实无华,借助风力来传粉,这也就是“风媒花”了。
这类花一般都比较退化,哪怕是有了花萼和花冠,也往往小而呈绿色,既没有蜜汁也没有芳香。昆虫和鸟类不会对这样其貌不扬的花朵产生兴趣。
但是它们却发展出另一种惊世绝技,花中几乎所有的构造都是为随风飘扬而精心设计。
风媒花往往多而密集,花粉的产量大、体积小,表面光滑,体态轻盈。不像虫媒花的花粉那样,表面有很多复杂的纹饰并富有黏性。
雌花的花柱比较长,柱头往往膨大成羽状,以便迎接随风而来的花粉。
有了这些结构,风媒花不必再担心失去昆虫和鸟类的帮助而无法生存。只要借助风的力量,它们的花粉就能远走他乡,与“心仪”的雌花相会。
成功的旅行者
自从被子植物拥有了真正的花,世界上便有了果实,它由花中的子房等结构发育而成,也是被子植物区别于裸子植物的另一大显著特征。
果实不仅为种子提供了保护,而且也供给种子萌发时所需的部分水分和养料,这使得被子植物的种子比裸子植物更容易存活,可能也是今天被子植物比裸子植物更具有统治力的原因之一。
除此之外,果实的存在对种子的传播也非常有利。毕竟只有让后代走遍天下,才算是占据了植物王国的统治地位。为此,各种各样的被子植物在果实身上大下工夫。
有的果实瘦小而带有大量细毛,就像是小小的降落伞,借助风力就可以飞到数十千米外甚至更远的地方。蒲公英就是如此。
有的是带刺的干果,例如苍耳的果实,可以挂在鸟兽的皮毛上,乘坐免费的“班机”或“列车”,到很远的地方繁衍生息。“有鸟兽的地方就有我的子民”,真是“深谋远虑”的扩张策略啊。
有的果实颜色鲜艳,果肉肥厚多汁,味道可口,可以吸引鸟兽前来吞食。但是,它们的种子在种皮的保护下难以被消化,就会随着鸟兽的粪便传播到各处。樱桃就是很好的例子,真是“大丈夫能屈能伸,不拘小节”啊。
有的果实在成熟时会骤然裂开,像炸弹爆炸一样将种子弹射出去。这是像“凤仙花”和“喷瓜”那样的植物最拿手的绝活。凤仙花的果实成熟后,能把种子弹到2米远的地方去;而原产欧洲南部的喷瓜本领更大,能把种子连同果实中的黏液一起喷出10多米远,真是一肚子的蛮力啊,难怪人们又把它叫做“铁炮瓜”。不过喷瓜的黏液有毒,千万别让它溅到眼睛里哦!
还有的果实,外面有一层翅状的果皮,当果实成熟掉落时,就可以借着风力“飞”向远处。例如“槭”的果实,就长着这样的“翅膀”。
食肉植物
大千世界,真是无奇不有。谁说植物不食腥?
目前,被认为是食虫植物的就有600种之多。它们大多数是将昆虫作为猎物,也有一部分会捕食昆虫以外的小动物。
食虫植物通常由叶子分化出特殊的结构,散发香味或产生蜜汁引诱昆虫上钩,并将其捕获,然后再分泌出消化液把猎物消化吸收。看着这样的身手,说它是“美丽的杀手”也不为过。真是“天生丽质藏杀机”啊!
大多数情况下,食虫植物都生长在土地贫瘠的地方,因为那里缺乏足够的氮元素和其他一些营养物质,所以食虫植物需要捕食昆虫来进行补充。为了达到这个目的,食虫植物们可以说是“煞费苦心”,发展出各种各样的捕虫装置。我们不妨来看几个名声大振的“捕虫高手”。
——猪笼草。植株上形成了几个带有“盖子”的大“罐子”,里面装有可以消化昆虫的液体。而且“罐子”的内壁非常光滑,一旦昆虫被蜜汁所散发的香味吸引到此,就很容易失足滑进“罐子”里,成为猪笼草的美食。
——瓶子草。产于美洲,它的有些叶子也特化成瓶子状,有着非常狭长的“瓶颈”,里面密密麻麻生长着朝向瓶底的绒毛,昆虫受到吸引后,进去容易出来难,最终难逃厄运。
——捕蝇草。产于美国东南部地区的沼泽地中,它的叶子贴着地面呈莲座状,叶片特化成带有尖刺的夹子,叶子上长有敏感的触毛。一旦昆虫冒冒失失地碰到这些触毛,叶子就会像捕鼠夹子一样迅速夹紧,昆虫动弹不得,只能眼睁睁地看着自己的身体被慢慢消化。捕蝇草的叶子一旦夹紧,就要等到昆虫被消化殆尽后才会再次打开。达尔文把捕蝇草叫做“维纳斯的蝇夹子”。
更奇妙的是,只有当叶子上的两根触毛被连续触动或同一根触毛被反复触动,捕蝇草的叶子才会夹紧,否则它就熟视无睹。这个特性使它能够分辨掉到叶子上的究竟是昆虫还是其他无关紧要的杂物。
——茅膏菜。叶片表面布满附有红色黏液的红色腺毛,在阳光下恰似清晨的露珠,而且很富有诱惑力。当昆虫被这种鲜嫩欲滴的植物吸引过来时,就会被腺毛上的黏液粘住。昆虫拼命挣扎企图逃脱,却反而引起周围的腺毛分泌出更多的黏液,而且叶片还会卷曲,将昆虫包裹起来慢慢消化。说起来它还真是一个“温柔的杀手”呢。
——狸藻。是生活在水中的“捕虫能手”。它那些长在水里的叶子特化成囊状的捕虫器,开口处的“活门”上生有弹性的毛。当水中的小虫碰到这些毛时,活门张开,原本紧缩的捕虫器迅速张开将小虫吸入,活门也随之紧闭,直到小虫被消化吸收后,捕虫器才恢复原样。有的狸藻一年之内能捕食10万条以上的小虫,甚至还捕食小鱼,实在是大胃口的“水中猎人”啊!