昆虫咬痕显示了植物叶子在夜间“睡觉”的第一个化石证据 _昆虫

大羽羊齿类植物显示昆虫取食损害。Credit: Current Biology (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2022.12.043. https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01980-7
据美国物理学家组织网（by Cell Press）：植物可能会以令你惊讶的方式移动。它们中的一些甚至表现出“睡眠运动”，在第二天再次张开之前，每晚都折叠或抬起它们的叶子。现在，研究人员在2月15日的《当代生物学》杂志上发表报告，为这些夜间运动提供了第一个令人信服的证据，这些夜间运动也称为叶夜盲症，发生在生活在2.5亿年前的化石植物中。

中国昆明云南大学的冯卓说:“我们的发现揭示了灭绝的植物在植物进化的早期阶段就进化出了叶片的夜视运动，这让我感到惊讶。”
“我们的发现是基于一种非正统的方法，”斯德哥尔摩瑞典自然历史博物馆的斯蒂芬·麦克洛林补充道。“由于无法判断化石记录中发现的一片折叠的叶子是因为经历了睡眠行为还是因为死后枯萎弯曲而闭合的，我们寻找了具有夜视行为的植物特有的昆虫破坏模式。我们发现了一组化石植物，揭示了这种行为策略非常古老的起源。”
冯长期以来对化石植物与昆虫的相互作用及其共同进化很感兴趣，在化石记录中发现了不同类型昆虫破坏的证据。2013年，他在活体植物中发现了一种有趣的昆虫破坏模式:在叶子上刺出对称的洞，他后来意识到它们看起来是这样的，因为昆虫在叶子折叠时以叶子为食。由于这种类型的损伤在夜行植物中很常见，他想知道能否在化石植物中找到这种损伤作为睡眠运动的证据。

冯的儿子在帮忙收集紫荆花叶子上对称的虫蚀标本。Credit: Zhuo Feng
这项研究现在表明，事实上，他们可以。研究人员研究了gigantopterids，这是一种灭绝的种子生产植物，具有大约3亿至2.5亿年前二叠纪华夏植物群的特征。他们认为这些植物是最好的观察地点，因为这些植物经常遭受食草昆虫的攻击。它们宽大的叶子和强壮的中脉也使得昆虫的破坏很容易被发现。2016年，他们发现了第一片显示出对称图案的巨型蕨类植物叶子化石。
“我对昆虫破坏的独特模式感到惊讶，并认为这可能代表了化石植物的叶夜化性，”冯说。“但是为了确定，我寻找了更多的化石证据来加强我的假设。第二个化石标本——同一植物类群的不同物种——揭示了与两年前采集的叶子中保存的相同的昆虫取食损伤。然后我开始思考这些标本的科学意义。”
他接着检查了西双版纳热带植物园的数百个样本和照片，为夜盲症寻找更有说服力的证据。根据研究人员的说法，这些发现增加了对这种神秘植物群的生态和进化的理解。
“近年来，人们发现一些[巨型蕨类植物]的叶子上有钩子，并有专门的导水细胞，这表明至少有一些是早期雨林样生态系统中的攀缘植物， ”麦克洛林说。“对此，我们现在可以补充说，这些植物中的一些每天都折叠它们的叶子。现在很清楚，睡眠行为是在地球历史进程中的不同时期，在各种植物群体中独立进化出来的，所以它肯定对母体植物有一些生态上的好处。”

三叶草展开叶片的对称损伤。Credit: Stephen McLoughlin
这些发现表明，不仅可以推断植物和动物化石的结构，还可以推断它们的行为特征。研究人员表示，通过进一步详细观察动物与化石和现代植物的相互作用，未来可以从化石标本中解读古代生物的生物学特征。
“叶子上昆虫化石损害的证据可以提供更多关于植物‘行为’和生态的信息，而不仅仅是植食， ”麦克洛林说。"动植物相互作用的化石记录是一个丰富的、大部分未被触及的生态数据库."
冯说，我们现在知道，“叶子‘睡眠运动’的进化历史可以追溯到超过2.5亿年前的晚古生代巨型蕨类植物。”在未来的研究中，他希望探索有多少其他植物谱系可能有类似的行为。