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重寫新大陸茄科植物(Solanaceae)演化樹?

提到茄科(Solanaceae)植物,您想到什麼呢?番茄、茄子,還是顛茄?

在十五世紀末的地理大發現開始之前,歐洲人對茄科植物的印象,大概就只有茄子(eggplant,Solanum melongena)、顛茄(deadly nightshade,Atropa belladonna)與龍葵(black nightshade,Solanum nigrum)之類吧!

等到哥倫布(Christopher Columbus,1451-1506)發現美洲之後,隨著到美洲的人越來越多,歐洲人看到了許多過去沒看過的動、植物;美洲,尤其是南美洲,是茄科植物的大本營。在大約2,500種、102屬的茄科植物中,有大約40屬都是原生於熱帶南美洲;對人類社會至關重要的幾種茄科植物:番茄、馬鈴薯(Solanum 茄屬)、辣椒(Capsicum 辣椒屬)也都是原生於美洲。光是茄屬就佔了茄科植物的一半種類!

五百萬年前的酸漿屬果實。圖片來源:NY Times
雖然茄科植物對我們這麼重要,但由於化石資料相當少,所以過去對茄科植物的演化大多只能從型態學以及分子生物學上去進行。分子生物學的資料顯示,茄科植物可能是在四千九百萬年到六千七百萬年前在南美洲與旋花科(Convolvulaceae)植物分道揚鑣,但是相關的資料極少。

最近阿根廷與美國的研究團隊,在阿根廷的巴塔哥尼亞(Patagonia)發現了兩個五千兩百萬年前的茄科植物果實化石。這兩個化石,其中一個具備有酸漿屬(Physalis)植物的特徵:花萼包圍著果實,形成一層薄薄的膜,看起來像燈籠。

這個發現推翻了兩件事。第一,茄科植物應該是在更早的時間點就與旋花科植物分道揚鑣。也就是說,茄科植物應該早在岡瓦納大陸(Gondwana)分裂之前就演化完成;第二,酸漿屬植物不是茄科裡面最後演化出來的成員。

過去認為,酸漿屬植物應該是在大約一千萬年前才由茄科中演化出來。但是這個化石具備所有酸漿屬植物果實的特徵,所以它確然無疑地將酸漿屬的植物出現的時間往前推了四千萬年以上,而茄科植物在地球上出現的時間,也往前推了至少兩千萬年。

只要發現新種類,不管是否現在已經絕種,發現者當然要幫它命名囉!由於化石的發現地--巴塔哥尼亞--位於阿根廷的最南端,原本當地就有個綽號「世界終點」(the end of the world),所以發現的科學家便將這個植物命名為 Physalis infinemundi ,屬名就不用解釋了,後面的 infinemundi 是拉丁文的 in fine mundi ,就是「在世界的終點」的意思喔!雖然當地現在很靠近南極,但是在五千多萬年前那裡是一片熱帶雨林,生長著許多熱帶植物。

能夠發現這個化石,真的也是不容易。如果採過在台灣常見的倒地鈴(Cardiospermum halicacabum,無患子屬)的朋友應該可以體會,這些外面有類似氣球樣構造的果實,其實很容易被捏扁;更何況要被以化石的狀況保存下來,真的是萬中選一吧!紐約時報的記者訪問發現這個化石的科學家 Peter Wilf 時,他就提到當他看到這個化石時,真的不敢相信自己的眼睛!酸漿屬的植物外面的那層薄膜竟然被好好的保存下來了!不過他還是很仔細地與超過一百種茄科植物在型態上進行比對,同時也挑選了許多非茄科植物進行型態學上的比對,再三確認這兩個果實的確是酸漿屬化石才發表。這個發現再次證明了達爾文說的:化石只是演化的斷簡殘篇。沒有發現並不代表就是在演化上沒有發生,而只是未曾被保存下來罷了!

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

Encyclopaedia Britannica. Solanaceae.

Peter Wilf et. al. 2017. Eocene lantern fruits from Gondwanan Patagonia and the early origins of Solanaceae. Science.

NICHOLAS ST. FLEUR. 2017. Tomatillo Fossils, 52 Million Years Old, Are Discovered in Patagonia. New York Times.

MEGHAN ROSEN. 2017. Tomatillo fossil is oldest nightshade plant.Pocketed berry is millions of years older than earlier estimates. Science News

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【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

後來在花蓮當老師時,發現學校餐廳夏天有時會出現一種特別的蔬菜湯:裡面有黃色果肉、白色種子的「菜」。在地的同事告訴我,那叫做「巴吉魯」,也就是麵包樹的果實。

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在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

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