睡眠是每個生命都不可或缺的。日出而作、日落而息的不止有人類，還有動物，無論是強壯還是弱小，都需要充足的睡眠。那麼，遠古植物是否也有「睡眠」習慣呢？2月16日，雲南大學古生物研究院馮卓團隊給出了答案，他們從距今2.5億年的化石中發現了植物愛「睡覺」的秘密。
01 2.5億年前，植物就開始夜裡「睡覺」
在自然界，有些植物擁有一種類似「睡覺」的現象，它們的葉片在白天展開，到了夜晚則會合攏或下垂，而這種神奇的睡眠行為一般出現在蕨類植物和被子植物中。1880年，查爾斯·達爾文在其巨著《植物的運動本領》一書中，曾形象地稱這種現象為「植物的睡眠運動」。
葉片的這種周期性運動規律一直備受學界關注，但由於缺乏化石證據，學界至今對植物「睡覺」行為的起源與演化知之甚少。而馮卓團隊利用一種獨特的昆蟲咬蝕結構，首次證實了遠古時期的植物也具有感夜性。
研究團隊在採集於雲南曲靖2.5億年前的兩種大羽羊齒類植物單網羊齒屬葉片上，發現一種對稱排列在葉片中脈兩側的昆蟲咬蝕結構。而中脈兩側的咬蝕結構在形態和大小方面呈現出一定的規律性差異，即越靠近中脈或越靠近葉片基部時，中脈兩側的咬蝕結構形態、大小差異越大。
通過與現生植物的廣泛對比研究，研究人員發現化石昆蟲咬蝕結構，與感夜性植物葉片合攏時被昆蟲取食留下的結構一致，因此提出，大羽羊齒類葉片上的昆蟲咬蝕結構是其沿中脈合攏時形成的，即證實了該化石葉片具有感夜性運動。
研究團隊還發現，最早的被子植物化石出現於侏羅紀時代，而大羽羊齒類植物早在2.5億年前的二疊紀末生物大滅絕發生後就完全滅絕了，顯然被子植物出現與大羽羊齒滅絕時間存在近一億年的時間鴻溝。因此他們提出，植物葉片的「睡眠運動」可能在不同植物支系中存在多次獨立起源，代表了一種趨同演化的結果。
02 植物閉合可讓昆蟲高效獲取營養
眾所周知，植物的生長靠太陽，綠色植物包括藻類吸收光能，將二氧化碳和水合成有機物，同時釋放氧氣，這就是光合作用。為了儘可能地吸收光能，植物葉子總是張開的，當夜幕降臨，有些植物的葉子則會閉合，以主脈為軸摺疊起來。如豌豆、含羞草、竹芋、紫葉酢漿草、決明花和羊蹄甲等。
這些植物的葉子和花朵每當夜晚就會閉合的特點，為昆蟲高效獲得植物葉子的營養帶來了機會。昆蟲往往會在這些閉合疊覆的葉子上留下啃食的痕跡。
有趣的是，在閉合的葉子表面，昆蟲咬痕有規律可循，啃食孔在葉子主脈的兩則呈現對稱分布。如此對稱的咬痕表明植物夜間的閉合行為，或是說植物也有睡眠習慣。
03 植物與昆蟲，難分難解的患難「兄弟」
一些植物的感夜性和昆蟲啃食行為，揭示了昆蟲與植物之間存在多種關係。既有互惠互利的共生關係，也有單方獲利的情況。
在大多數情況下，昆蟲是植物的捕食者或寄生蟲。針對植物的葉片、果實、種子、花蜜、花粉、汁液等，昆蟲的食性和取食方式也隨之多樣，有的由食固體食物轉變為兼食固、液兩種食物或專食液體食物。而昆蟲取食的口器也由咀嚼式口器分化出嚼吸式、刺吸式、虹吸式等多種類型。
植物一方面通過花香四溢的花蕾，吸引昆蟲采蜜，借昆蟲將種子傳播四方，另一方面又演化出了各種毒素和其他防禦手段，抵禦昆蟲的鑽蛀、造癭或潛葉，在植物體內取食。有趣的是，總有某些昆蟲類群來應對化解。如演化歷史相對短的禾本科植物，生長迅速、植株低矮堅硬且難以咀嚼。為此，昆蟲類就演化出專門吃草的蝗亞目、眼蝶亞科類群。
植物與昆蟲是一對難分難解的患難「兄弟」，即便遭遇了無數次生物災難事件，但總能實現演化的平衡，成為誰也離不開誰的夥伴，並在彼此的競爭中持續數億年，互相成就了對方極高的多樣性，很大程度上共同塑造了當今地球的陸地生態系統。
來源：科普時報
作者：馮偉民（中國科學院南京地質古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽館長）
圖源：雲南大學古生物研究院
編輯：吳瓊
審核：王飛
終審：尹傳紅