南京專家發現2.8億年前最早澱粉化石

南京專家發現2.8億年前最早澱粉化石

揭示早期動植物共棲現象

記者 毛慶 翻拍

南報網訊（記者 毛慶 通訊員  陳孝正）作為人類的主要食物來源，澱粉的重要性不言而喻。近日，中國科學院南京地質古生物研究所劉鋒研究員團隊在山西保德2.8億年前的煤層中發現一種奇特的石松類大孢子，表面被一團圓形顆粒所覆蓋，被認為是最早的澱粉化石。相關文章已經在線發表在國際權威地質學雜誌《Geology》上。

澱粉是由葡萄糖分子聚合而成的，它是大部分綠色植物將光合作用產生的碳水化合物儲藏而形成的一種多糖化合物。作為人類的主要食物來源，澱粉被認為對人類生理和文明的演變起到重要作用。

由於澱粉顆粒在土壤中很難長時間保存，因此很多考古學家認為澱粉粒化石在沒有石器或一些容器的保護下，保存時間很難超過600年，在第四紀以前的地層出現的可能性更是微乎其微。由於缺乏化石證據，關於植物澱粉對漫長地質歷史時期陸地生態系統演化的影響我們還知之甚少。

劉鋒今天接受採訪時表示，他們對發現的澱粉化石進行光學和掃描電子顯微鏡觀察發現，化石表面覆蓋圓形或多邊形顆粒，中心都具有一個臍形凹陷，大部分顆粒在鏡下呈現出明顯的雙折射和十字消光現象。這些特徵與現生澱粉粒的形態和光學特性完全相符，而且運用X射線能譜對這些顆粒的研究表明這些顆粒主要是由C和O組成，因此也排除了這些顆粒是鮞粒、生物參與合成的草酸、磷酸或碳酸類球晶的可能性。綜合來自顯微成像和X射線能譜等多方面證據，表明這些顆粒是距今2.9–2.8億年的澱粉顆粒。

這是目前已知最早的特徵明確的澱粉顆粒化石記錄，打破一些考古學家認為澱粉顆粒在沒有石器或一些容器的保護下很難在第四紀以前的地層中保存的推定。而且，這些發現進一步明確在一些特定沉積條件下，例如成煤環境，一些澱粉顆粒被泥土快速地包裹和埋藏可以抑制水和其他細菌、真菌對澱粉顆粒的水解和破壞，因此這些澱粉粒可以在如此漫長的地質歷史時期中得以保存。

同時，發現的澱粉粒直徑大多大於5微米，而且它們聚集在一起呈團塊狀出現。很多考古澱粉學的研究表明這些澱粉應該屬於複合貯藏澱粉。植物通過光合作用在色素體中合成這類澱粉，使它們在植物體中扮演長期儲存能量的角色。這種複合貯藏澱粉主要分布於現生種子的子葉和胚乳中，用來營養植物幼體的發育。但經過對數千張大孢子超微結構圖的觀察發現這些複合貯藏澱粉顆粒僅分布於大孢子近極面的表面，在大孢子的內部並沒類似圓形顆粒的出現。因此基本可以排除這些澱粉顆粒是用來支持石松類胚胎髮育的營養物質。

通過與現生一些依靠動物傳播的植物種子對比，研究人員認為這些位於大孢子近極面的澱粉團塊，與現生一些種子上常出現的一種被稱為油質體（elaiosome）的可食附著體非常接近。

現生種子的脂質體主要是用來吸引螞蟻、陸地腹足類或鳥類食取種子，從而實現種子的遠距離傳播。在傳播種子的同時，這些動物獲得了高能量的營養物質，通過這個過程，動植物建立了緊密的共棲關係。

類似的可食澱粉附著體在早二疊世的大孢子表面出現表明，遠遠早於最早的螞蟻和鳥類出現之前，遠古的某些石松類植物已經具備了強大的光合作用能力，並能夠把光合作用生產的葡萄糖以澱粉的形式大量儲存下來，同時利用這些澱粉吸引當時陸地上的一些生物（如蝸牛、蟑螂和多足類）的食取來實現自身種子的傳播，從而建立動植物共棲關係。

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