昆蟲咬痕顯示了植物葉子在夜間“睡覺”的第一個化石證據(jù) _昆蟲

大羽羊齒類植物顯示昆蟲取食損害。Credit: Current Biology (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2022.12.043. https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01980-7
據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)（by Cell Press）：植物可能會以令你驚訝的方式移動。它們中的一些甚至表現(xiàn)出“睡眠運動”，在第二天再次張開之前，每晚都折疊或抬起它們的葉子。現(xiàn)在，研究人員在2月15日的《當代生物學》雜志上發(fā)表報告，為這些夜間運動提供了第一個令人信服的證據(jù)，這些夜間運動也稱為葉夜盲癥，發(fā)生在生活在2.5億年前的化石植物中。

中國昆明云南大學的馮卓說:“我們的發(fā)現(xiàn)揭示了滅絕的植物在植物進化的早期階段就進化出了葉片的夜視運動，這讓我感到驚訝。”
“我們的發(fā)現(xiàn)是基于一種非正統(tǒng)的方法，”斯德哥爾摩瑞典自然歷史博物館的斯蒂芬·麥克洛林補充道。“由于無法判斷化石記錄中發(fā)現(xiàn)的一片折疊的葉子是因為經(jīng)歷了睡眠行為還是因為死后枯萎彎曲而閉合的，我們尋找了具有夜視行為的植物特有的昆蟲破壞模式。我們發(fā)現(xiàn)了一組化石植物，揭示了這種行為策略非常古老的起源。”
馮長期以來對化石植物與昆蟲的相互作用及其共同進化很感興趣，在化石記錄中發(fā)現(xiàn)了不同類型昆蟲破壞的證據(jù) 。2013年，他在活體植物中發(fā)現(xiàn)了一種有趣的昆蟲破壞模式:在葉子上刺出對稱的洞，他后來意識到它們看起來是這樣的，因為昆蟲在葉子折疊時以葉子為食。由于這種類型的損傷在夜行植物中很常見，他想知道能否在化石植物中找到這種損傷作為睡眠運動的證據(jù) 。

馮的兒子在幫忙收集紫荊花葉子上對稱的蟲蝕標本。Credit: Zhuo Feng
這項研究現(xiàn)在表明，事實上，他們可以。研究人員研究了gigantopterids，這是一種滅絕的種子生產(chǎn)植物，具有大約3億至2.5億年前二疊紀華夏植物群的特征。他們認為這些植物是最好的觀察地點，因為這些植物經(jīng)常遭受食草昆蟲的攻擊。它們寬大的葉子和強壯的中脈也使得昆蟲的破壞很容易被發(fā)現(xiàn) 。2016年，他們發(fā)現(xiàn)了第一片顯示出對稱圖案的巨型蕨類植物葉子化石。
“我對昆蟲破壞的獨特模式感到驚訝，并認為這可能代表了化石植物的葉夜化性，”馮說。“但是為了確定，我尋找了更多的化石證據(jù)來加強我的假設。第二個化石標本——同一植物類群的不同物種——揭示了與兩年前采集的葉子中保存的相同的昆蟲取食損傷。然后我開始思考這些標本的科學意義。”
他接著檢查了西雙版納熱帶植物園的數(shù)百個樣本和照片，為夜盲癥尋找更有說服力的證據(jù) 。根據(jù)研究人員的說法，這些發(fā)現(xiàn)增加了對這種神秘植物群的生態(tài)和進化的理解。
“近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些[巨型蕨類植物]的葉子上有鉤子，并有專門的導水細胞，這表明至少有一些是早期雨林樣生態(tài)系統(tǒng)中的攀緣植物， ”麥克洛林說。“對此，我們現(xiàn)在可以補充說，這些植物中的一些每天都折疊它們的葉子。現(xiàn)在很清楚，睡眠行為是在地球歷史進程中的不同時期，在各種植物群體中獨立進化出來的，所以它肯定對母體植物有一些生態(tài)上的好處。”

三葉草展開葉片的對稱損傷。Credit: Stephen McLoughlin
這些發(fā)現(xiàn)表明，不僅可以推斷植物和動物化石的結(jié)構(gòu) ，還可以推斷它們的行為特征。研究人員表示，通過進一步詳細觀察動物與化石和現(xiàn)代植物的相互作用，未來可以從化石標本中解讀古代生物的生物學特征。
“葉子上昆蟲化石損害的證據(jù)可以提供更多關于植物‘行為’和生態(tài)的信息，而不僅僅是植食， ”麥克洛林說。"動植物相互作用的化石記錄是一個豐富的、大部分未被觸及的生態(tài)數(shù)據(jù)庫."
馮說，我們現(xiàn)在知道，“葉子‘睡眠運動’的進化歷史可以追溯到超過2.5億年前的晚古生代巨型蕨類植物。”在未來的研究中，他希望探索有多少其他植物譜系可能有類似的行為。