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二十世纪初,前人在中国的东北地区发现了大量保存完好的动物化石,其中以狼鳍鱼最具代表性,科学家将在该地区发现的化石生物群命名为“热河生物群”。“热河”这一名称得名于该化石群的经典产地,即当时的热河省东部地区。建国后,热河省被撤消,其西部划归河北省,东部划归辽宁省。原热河生物群的主要产地因此落在了今天辽宁省的西部,即辽西地区。但是,“热河生物群”这一在地质古生物学界具有深刻影响的名称仍然保留着,而且近几年来在该地区又有大量的鸟类以及恐龙的化石被发现。该地区现在已经成为世界级的古生物宝库。通过不同的方法对该地区进行时代测定的结果认为该地区的地质年代为白垩纪早期。
与发现众多、研究深入的动物群相比,在该地区开展的植物学研究起步较晚,但在最近几年取得了很大的进展。目前为止,已经发现的植物类群就有苔藓、蕨类、银杏、苏铁、松柏类和被子植物。其中,银杏、苏铁、松柏类尤为丰富。理论上,被子植物也正是从该生物群所代表的白垩纪早期开始出现并逐步走向繁荣的。近年来在热河生物群中就有不少关于被子植物早期类群的报道,如古果属Archaefructus和里海果属Hyrcantha等。传统上认为,裸子植物的高等类群买麻藤目植物与被子植物起源的关系非常密切,但是最近的分子系统学研究却否认了这种观点,认为该类群是裸子植物中的另一类群松柏植物的姐妹群。但是,在热河生物群中的一些新买麻藤目植物的化石标本与被子植物早期类型化石标本的发现却提供了新的思路或证据。如近年来,我国学者已经在该生物群中报道的麻黄科下的2属4种。这些发现的类群都与买麻藤植物的基部类群麻黄属密切相关。这种新发现带来的证据或许可以为被子植物起源这一世界难题的解决提供新的思路。
在对前人关于买麻藤目植物化石标本的研究进行整理的时候,我们发现我们在辽宁两部北票附近化石点采集的部分化石标本与前人发表的采于此位点一个种Elphedfites chenii在标本的形态学特征方面完全相同。但是在对该类群及其所在的属与麻黄的现代类群作对比研究后发现,该种植物的繁殖器官的特征完全符合麻黄科的特征。为了慎重起见,我们调查了国内的三个标本馆中馆藏的麻黄科的植物标本,也对部分野生在麻黄植株进行了形态学性状的调查。我们的调查主要集中在叶片、分枝以及球果的等三个方面的形态学性状上。调查发现,麻黄的叶片长宽比最大值能达到5.3:1；叶脉式样以平行脉为主,也有两条叶脉在叶片尖端会聚在一起的情形出现；球果中苞片的数目的最小值为4,苞片的性状主要有倒卵形、卵形、椭圆形以及圆形四种,而且单个球果中的种子数目以1-2枚居多。此外还有一个性状也是我们非常关注的——分枝方式的变化,因为有一个化石属Alloephedra就是根据该特征的特殊性而命名。我们的调查结果发现,在不少麻黄现代个体的枝条上都出现了不同程度的分枝发育不均衡,表现为在同一节上对生的两个分枝中一侧分枝能够正常发育而另一侧发育迟缓甚至不发育,这种不均衡的发育造成了在现代麻黄中出现了类似互生的分枝状况。在整理前人对麻黄分枝方式研究的基础上,结合我们对野外类群形态学性状的调查,我们认为由于在同一节上对生的两个分枝中一侧延迟或不发育而引起的类似互生的性状是广泛存在的,它不应该成为属一级的分类依据,而只能作为种一级的分类依据对待。
在了解了麻黄属现代类群的形态学性状变异范围的基础上,结合我们在辽西发现的植物化石标本,我们发现前人描述的E_phedrites chenii和AIIoephedraxingxuei所具有的特征均落在麻黄属形态学性状的变异范围之内,因此将这两个种转移到麻黄属中作为新组合处理,并根据命名法规,分别将这两个组合命名为Epphedra cheniae和Ephedra xingxueio除此之外,我们也发现了不少其他的买麻藤目化石标本,在对买麻藤目以往的化石记录了解以及对这些标本形态学性状把握的基础上,我们将这些新发现的化石标本放置在麻黄科麻黄属中作为新种对待,并根据其叶片以及苞片的特征分别将他们命名为披针叶麻黄(Ephedra lanceoleta)、裂叶麻黄(Ephedra divisa),卵叶麻黄(Ephedra ovata)以及双苞麻黄(Ephedra bibracteata)。
根据我们掌握的麻黄科的化石资料,并参考他人关于买麻藤和百岁兰的研究,我们提取了其中的关键形态学性状,并尝试用SPSS软件进行聚类分析,结果发现,百岁兰与麻黄的关系比买麻藤与麻黄的关系更加密切。与此同时,我们也发现了保存完好的被子植物的化石标本。该标本中具有5个离生的心皮,分枝方式兼具侧生和二叉分枝两种,并同时具有多裂的叶片。在辽西地区同时代发现的被子植物早期类型共有两个,分别是Archaefructus和Hyrcantha。其中前者具有许多个离生的螺旋状排列在可育枝的顶端1cm内的子房/心皮,而后者只有2-4个子房/心皮。在对我们新发现的化石标本与这两个被子植物的早期类型在叶片形态、分枝式样、果实大小、果实构成、果实排布、心皮数目等形态学特征对比的基础上,我们认为新的化石标本描述了一个被子植物早期类群的新形态,并根据其具有五个心皮以及多裂的叶片的特征,命名为裂叶五心皮果Pentacarpa dissectifolia gen.& sp.nov.。此外,我们也尝试了从环境条件、虫媒传粉和生殖周期三个角度讨论了在辽西的早白垩地层中发现众多被子植物早期类群化石的原因。
由于我们有幸能在辽西同时发现了买麻藤植物的化石标本和被子植物早期类型的标本,这就给了我们一个讨论二者在起源关系方面的机会。在对二者的营养器官特征、繁殖器官结构组成、繁殖器官性别构成以及对二者生活环境理解进行对比的基础上,我们认为,买麻藤目植物的早期类型与被子植物的早期类型之间存在相关性。但是就目前的证据而言,尚无法推测二者之间是否存在性状上的演化关系,而该问题的解决需要更多的化石证据的积累。