被遗忘的科罗拉多化石如何改写部分植物进化史

由CU Boulder的研究人员领导的植物学家和古生物学家已经确定了一种化石辣椒，它可能改写了番茄植物家族的地理和进化时间表。

该团队上个月发表在《新植物学家》杂志上的研究结果显示，番茄中的辣椒部落(Capsiceae) - 茄属植物(Solanaceae) - 家族要古老得多，并且比以前认为的要广泛得多。科学家以前认为辣椒最多在15万年前在南美洲进化，但新的研究将其时间推到至少50万年前 - 并表明当时辣椒实际上存在于北美。

生态学和进化生物学博士后研究员罗西奥·迪安娜(Rocío Deanna)和进化生物学和分子、细胞和发育生物学专业的本科双学位阿贝尔·坎波斯(Abel Campos)在 2021 年的一个下午在 CU 博尔德自然历史博物馆见面时，并没有打算重写历史。然而，在其从绿河组(科罗拉多州西北部和怀俄明州西南部的地质宝库)收集的一组标本中，迪安娜发现了嵌入在化石中的一种特殊的茄科特征：果茎末端的小尖刺。

“起初，我认为'不可能，这不可能是真的，'”该研究的第一作者Deanna说。“但这是辣椒的特征。

在CU Boulder收藏中发现了其中两块化石后，该研究的合著者Deanna和Campos在丹佛自然与科学博物馆(DMNS)的收藏中发现了另外一个来自辣椒部落的化石。这三种化石都来自科罗拉多州的绿河地层：来自加菲尔德县的CU标本和来自里约布兰科县的DMNS化石。

这些来自始新世地质时代(34万至56万年前)的辣椒化石与哥伦比亚埃斯梅拉达斯地层中发现的另一块茄属植物化石的时间线相匹配，揭示了该家族早在50万年前就已经分布在整个美洲。

“这个家庭比我们想象的要老得多，”迪安娜说，她也是科尔多瓦国立大学的一名教员。

水果化石的历史

茄科包括3，000种和近100个不同的属，包括辣椒。从技术上讲，古代辣椒是一种水果，也是一种浆果。虽然西红柿和辣椒通常与蔬菜有关，但它们的内部有种子，正式将它们归类为水果。

研究人员无法确定辣椒的确切形状或颜色，但与现代辣椒相比，它可能在较小的一端。像它的亲戚一样，根据迪安娜的说法，它可能很辣。

迪安娜和坎波斯通过花萼牙齿的独特形状来识别化石：子茎末端的尖刺紧紧抓住辣椒，就像那些将宝石固定在戒指中的尖刺一样。

“世界上可能有300万种植物。唯一具有这种花萼的植物是这组000或80种物种，“该论文的资深作者，CU Boulder进化生物学副教授Stacey Smith说。

古生物学家在1990年代从绿河地层收集了CU Boulder化石。但它的确切身份多年来一直是个谜，部分原因是世界上只有少数“茄学家”，即研究茄科植物学家。当迪安娜发现这些位于科罗拉多州的化石时，她刚刚从全球寻找番茄科种子化石标本回来，却在校园里发现了一些“刚刚成熟”的化石。

“很多发现发生在标本被收集几十年后，”史密斯说。“谁知道这些博物馆里还有多少新的化石物种?他们只是在等待正确的眼睛看着他们。

涓滴演变

这些化石中的辣椒生长在始新世，这是一个地质时代，持续了大约34万至56万年前，当时大陆向现在的位置漂移。在地球历史上这个温和的时期，二氧化碳水平在百万分之700到900之间(是今天的两倍)，棕榈树生长到阿拉斯加北部。由于地球上几乎没有冰，海平面比今天高出500英尺。

科学家们认为，辣椒的起源始于大约10万到15万年前的南美洲，然后它们通过陆地和水域扩散到其他大陆。虽然今天的科罗拉多州很少有本地茄属植物，也没有辣椒，但这一新发现暗示，40万至50万年前，北美可能存在大量番茄植物家族的植物，此后这些植物基本上消失了。

但是这些辣椒最初是如何到达北美的呢?现在是“鸡肉还是辣椒?

专家推测，早在60万年前就存在的食果鸟类可能携带种子和植物在世界各地，粘在羽毛上或脚上的泥土中。但这些鸟也必须吃点东西来为它们的旅程提供燃料——而肉质浆果或辣椒是完美的燃料。鸟类可能将辣椒从一个大陆分布到另一个大陆，但辣椒也可能对这些鸟类的成功至关重要。

因此，茄属植物家族可以很容易地从北美而不是南美开始，然后分散到另一个方向 - 随着这一发现，科学家们不能再确定，史密斯说。

“这些辣椒，我们认为在进化眨眼间出现的物种，已经存在了很长时间，”史密斯说。“我们仍在处理这个新的时间表。