植物的孢子和花粉很小,大部分是看不見的。但是沒有外表看起來那麼簡單。通過花粉,我們可以調查生物的親戚關係,可以瞭解地層年代,還可以找到石油所在的地方或獲取犯罪線索。多虧了花粉學。花粉學是通過孢子和花粉的大小和形態來區分特定植物種類並調查周圍環境的科學。
有關地球的過去和當時環境的證據,不是從很大的樹柱或乾果的堅硬表皮中獲取的,而是從很小的花粉中獲取的。花粉是種子植物的"男性"方面的生殖細胞的器皿。沒有顯微鏡是看不到的,非常小,但形態非常多樣。花粉是用最強的生物高分子混合物"孢粉素"包裹的。這種表皮即使經過數百萬年也不會變並且守護著花粉的生命。最古老的種子植物的花粉直到現在也一直存活著。
中生代裸子植物的葉子印跡化石
氣候和珍貴的化石
花粉可以從植物移動到植物。通過蜜蜂等動物移動到目標物或承載著風或水移動。 除此之外,還有可能承載著其他力量,或者被不是生物的物體所掩埋,可以偶然移動。許多花粉在從這個花移動到那個花的過程中消失。會掉到地面或水坑裡,也會沉到湖底或江底。
生物會死亡,江河湖泊的水會蒸發。 隨著上面石子和泥土的堆積,會越來越深埋於地下。一起的花粉也同樣被深埋。 數千~數百萬年過去了,地層形成，這其中就包括各自獨特的花粉。生活在特定地區的植物群的構成隨著時代的變化而變化。如果知道過去特定時期有過哪些植物,或者沒有過哪些植物的話,就可以比較出世界多處岩石地層的年代。
地質學家和古生物學家從不同地層和著名遺址採集花粉標本。其中一處是位於墨西哥的希克蘇魯伯火山口。該火山口是與地球相撞的天體(推測為小行星)留下的痕跡,產生於6600萬年前的中生代末期到新生代初期之間。很多科學家認為,這一碰撞導致包括恐龍在內的眾多中生代生物滅絕。根據在希克蘇魯伯火山口邊界發現的孢子和花粉的 2019 年的研究論文顯示,中生代末期到新生代初期,現在墨西哥該地區同時生活著山地植物和熱帶雨林植物。
墨西哥希克蘇魯伯火山口發現的新生代中期的孢子和花粉
研究特定地區過去的生態,就要了解那個時代的地區氣候。生活在希克蘇魯伯小行星墜落地區附近的生物有可能是因小行星撞擊導致長期氣溫和溼度變化而死亡。加上氣候調節土壤的種類和構成成分,根據地區不同相互制造出不同的礦物。因此,在尋找石油,天然氣,煤炭礦山時,應該從各種深度裡採集土壤和岩石標本並調查其內的花粉和孢子。
發生在過去的災難
植物用花粉和孢子進行有性生殖。製造花粉和孢子時,發生染色體減少的"成熟分裂"。但是,成熟分裂被暴露在引發DNA突然變異的放射線或各種物質中就會衰變。因為同樣的理由接受放射線治療或被放射線汙染的人會很容易不孕。
2000年代初，以成熟分裂的這些特點為基礎來研究花粉的科學家們猜測在地球歷史上引起的最長最強的突然變異的衝擊至少是有過一次的。大約在2億5200萬年前的二疊紀末發生的。這個時期是地球上發生的第五次的大滅種中最大規模滅種出現的時期。當時生活的生物的96%已經滅絕。
在那個時期,隨著地球大氣的臭氧層縮小,紫外線大量射向地球。紫外線改變了DNA的結構。一種叫做"胸苷"的鹼在DNA鏈內與多個核苷酸雙結合在一起。其結果是形成了"有害"胸腺嘧啶二聚體。二聚體妨礙了DNA複製過程,最終抑制了對動物重要的細胞分裂。動物大滅絕的原因之一就是DNA的突然變異。
二疊紀化石中的花粉(上)和放射線照射的現在的松樹花粉(下)除左邊的第一個花粉之外,其餘的都是畸形。
紫外線假設是在二疊紀末期在堆積層裡發現裸子植物的畸形花粉時出現的。裸子植物花粉有兩個氣囊承載著風飛行。二疊紀花粉大多數不是兩個氣囊,而是三個,四個,還有比這更多的氣囊。核的數量也總是不正常的。也就是說花粉形成時細胞沒有完全分散的意思。這是由於細胞在製造並分開染色體雙上失敗了才發生的事情。因為胸腺嘧啶二聚體的產生,細胞分裂未能正常地發生,因此形成了畸形花粉。
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