先有蝴蝶，還是先有花？最初的蝴蝶吃的竟然是……

出品：科普中國(guó)

制作：一群青桐
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

花能給蝴蝶等昆蟲(chóng)提供花蜜，而蝴蝶等昆蟲(chóng)能幫助花朵傳粉。那么問(wèn)題來(lái)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(chóng)是隨花而生的。然而，最新研究表明，早在地球上第一種開(kāi)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(lái)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(shuí)先出現(xiàn)在地球上，最常見(jiàn)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(huì)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(lái)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(lái)了便利。科學(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(lái)源：Sauquet, H. 2017

蝴蝶和蛾類在分類學(xué)上屬于鱗翅目昆蟲(chóng)，最明顯的特征是身上和翅上被覆鱗片，擁有虹吸式口器——長(zhǎng)長(zhǎng)的喙，便于吸食花蜜。和花朵一樣，蝴蝶和飛蛾之類的昆蟲(chóng)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(wú)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(chóng)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(lái)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(guò)渡時(shí)期，大約在2億年前。也就是說(shuō)，鱗翅目昆蟲(chóng)至少在2億年前就已經(jīng)在地球上出現(xiàn)，而開(kāi)花植物在1.4億年前才開(kāi)始在陸地上生長(zhǎng)，早在開(kāi)花植物即被子植物出現(xiàn)6000萬(wàn)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(chóng)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(chóng)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(kāi)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(kāi)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(chóng)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(chóng)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(shuō)，早期蝴蝶和飛蛾的喙是用來(lái)“喝水”的。

最初，它們可能是靠吮吸水滴和破損葉片和樹(shù)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(shù)干蟲(chóng)蛀傷口流出的樹(shù)液為食。

枯葉蝶

圖片來(lái)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)豐富的傳粉滴的甜。

在開(kāi)花植物出現(xiàn)之后，昆蟲(chóng)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(wàn)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(kāi)花植物開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)間，對(duì)被子植物起源的了解，也只能通過(guò)化石或是已有的分子技術(shù)手段。

或許，在未來(lái)，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(kāi)花植物，開(kāi)花植物與昆蟲(chóng)的關(guān)系還會(huì)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(guò)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.