北京大學地空學院古植物學團隊博士生李炳鑫、中國科學院南京地質古生物研究所副研究員黃璞等研究人員報道了距今3.65億年前、產自浙江長興泥盆紀晚期地層中的一類全新種子植物，并通過計算流體力學方法分析了早期胚珠捕獲花粉的性能，為最早種子植物的風媒傳粉策略和形態演化提供了新見解。3月26日，相關成果發表于《英國皇家學會會刊B輯》。
據悉，此次報道的種子植物化石包含分枝系統、羽狀復葉、胚珠（種子）等。胚珠成對著生在能育枝的頂端，具四裂片式珠被，每個胚珠的側部具二裂式托斗。這些形態特征與目前已知的其他種子植物不同，代表了一個全新類型。研究人員將其命名為二裂在君木，以紀念丁文江先生（字在君）在中國地質學科初創時期的奠基性貢獻。
研究發現，在君木的成對胚珠構成一個繁殖單元，在基本組構方面與北美的埃爾金斯木胚珠一致，均包括珠被、托斗、越頂生長的繁殖頂枝三個相對獨立的發育模塊，但在君木的托斗極為簡單、弱小，代表一種最原始的狀態。通過在君木繁殖單元三個模塊的復制，及微小變異，即可形成埃爾金斯木等植物較為復雜的胚珠構型。因此研究人員提出，繁殖單元復制是早期種子植物形態演化的一個可能路徑。
研究人員還重建了在君木胚珠的三維數字模型，通過計算流體力學方法模擬這類胚珠的空氣動力學性能，進而評估其利用空氣傳粉的效率。模擬分析表明，裂片式的珠被可以顯著降低胚珠頂端的氣流速度，氣流減速后，其攜帶的花粉才可能被釋放在胚珠頂端，繼而完成授粉。
研究表明，在君木的珠被裂片可使氣流產生約91%的減速。對于更復雜的埃爾金斯木胚珠，其珠被裂片和巨大托斗使得托斗內部的風速降低80%至99%，并且由于其托斗從四周包圍胚珠，因此對不同方向的氣流具有同樣效應。這說明埃爾金斯木胚珠在風媒傳粉效率方面更具優勢。
研究人員提出，繁殖單元復制促進了早期胚珠的形態分異，而復雜胚珠構型的出現促進了風媒傳粉效率。埃爾金斯木以及其他具復雜胚珠構型的植物之所以分布更為廣泛、多樣性更高，與它們在風媒傳粉效率方面的優勢密切相關。因此，在蟲媒傳粉策略演化出現之前，如何更好地利用空氣流動、捕獲花粉是塑造最早種子形態的重要因素。
相關論文信息：https://doi.org/10.1098/rspb.2024.2940