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《科学之友》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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爱吃肉的植物

2017-08-22 09:59:00

  植物是自养生物,它们能够利用太阳光进行光合作用,将无机物转化成碳水化合物,获得生长发育必须的养分。这些生长要素并不难获取,所以植物能在非常严苛的条件下存活。不过,还有一种植物竟然发展出了“吃肉”的习惯。

  这些植物就是食肉植物,已知的全世界食肉植物有600种以上,在它们的食谱上,既有小昆虫,也有像老鼠这样较大个的哺乳动物,一旦诱捕上,肉食植物就会分泌恐怖的消化液,将动物们慢慢溶解掉。比起其他“食素”植物,手段异常残忍。那么,为什么食肉植物有这么古怪的爱好呢?

  吃荤也是迫不得已

  就像人类是因为气候变化,导致植物性食物难以获得,为了存活,才开始吃肉,肉食植物吃肉也有类似的“苦衷”。

  大多数食肉植物生活在高光、水淹的沼泽环境中,由于湿地的水会很快将土壤里的养分带走,土壤里氮和磷的含量极低,而氮又是植物合成蛋白质与DNA的主要成分之一,这使得在这种环境里,很少有植物能够生存下来。面对这样的绝境,食肉植物不得不另谋生路——吃掉有营养的动物,获得氮、钾、钙、磷等生存必需的矿物质。

  研究者推测,最初,食肉植物祖先也是“素食主义者”。拿现在的食肉植物大家族——耐盐类食肉植物来说,刚开始,这类植物只是为了适应含盐量过高的生长环境,它们会用特殊的腺体将从土中吸收的盐分经叶子排出,而这种盐分恰巧可以杀死周围的昆虫,昆虫尸体成了供应土壤或者植物本身的天然肥料。

  猪笼草也是如此。猪笼草是一种能够捕食昆虫的多年生草本植物,所有种类的猪笼草看起来都很相似:形状像猪笼的捕虫笼,捕虫笼内表面为蜡质区,表面光滑,昆虫掉进去后很难再爬出来。

  研究者曾对澳大利亚的土瓶草、北美东海岸的猪笼草和亚洲的翼状猪笼草进行研究,结果表明,虽然这三大不同种类的猪笼草分别与杨桃、猕猴桃和荞麦有更近的关系,但它们进化出了相同的食肉方式。最初,这些猪笼草的蛋白质是用来抵御疾病的,随后,为了应对落入陷阱里的昆虫,这些在完全不同地理环境中的猪笼草都成功地将蛋白质改进成可以帮助消化“肉食”的酶,这些酶包括用于分解昆虫外骨骼的几丁质酶,以及帮助它们从猎物中吸收磷的紫色酸性磷酸酶。

  吃荤的巨大代价

  虽然食肉植物进化出了“吃荤”的本领,让自己能够更好地存活下来,但它们付出的代价也十分巨大。随着投入更多的能量到食肉性的适应过程中,比如它们将叶子设计成能诱骗、消化猎物的陷阱,那么用于光合作用的叶子就会减少,导致无法高效地进行光合作用。因此,大多数食肉植物生长缓慢,体型不大,即使能通过食用昆虫的方式来“改善伙食”,氮的摄入量仍然有限。所以,你永远也不会遇到一个巨大的食肉植物,也不用害怕自然界是否有能大到吃人的食肉植物。

  另外一个会让食肉植物非常烦恼的问题是如何繁殖。像许多植物一样,食肉植物的繁殖器官也是花,种子也是其下一代。大多数花也分为雌蕊和雄蕊,需要昆虫授粉,使得精细胞和卵细胞结合,就产生了一个很尴尬的冲突:一方面,食肉植物需要吃掉昆虫补充营养;另一方面,它们又需要昆虫授粉繁殖。例如一种来自西班牙的食肉植物捕虫堇属就遇上了这样的麻烦。一般,如果它的花朵有许多传粉者传粉,它会结出更多的种子,然而由于捕食陷阱离花朵非常近,无意之中,它也吃掉了不少传粉者,使得繁殖能力大大降低。

  吃荤or吃素,环境说了算

  “吃荤”问题很多,所以,跟寄生植物和腐生植物不大一样,目前所发现的肉食植物,没有哪一种完全放弃了能够自养的光合作用。而且,在条件允许的情况下,一些食肉植物还会变成非食肉植物。

  以瓶子草为例,这种北美的食虫植物通常生长在经年潮湿的地方,它们进化出了漏斗状的叶子作为捕虫瓶,利用密腺所分泌的蜜汁吸引昆虫。同时,捕虫瓶上部经阳光照射后如彩绘玻璃般,可以诱使昆虫前往,捕虫手段非常高超。

  不过,这种典型的食虫植物的捕虫瓶,却在秋末开始枯萎,长出不具捕虫功能的剑形叶,开始了一段很长时间的“吃素”期。这又是为什么呢?

  这是由于冬季天气转冷,光照水平低于夏天,同时,冬天的昆虫也在减少,此時把能量花在生长捕虫瓶上很不划算,所以瓶子草长出了剑形叶,增加了光合作用的叶子面积,这样可以更好地利用光照。另外一些食肉植物也会采取相同的策略,当栖息地土壤里营养成分增多,或者是光照太少,它们会尽可能地减少猎捕行为。

  看来,食肉植物并不恐怖,它们这一嗜血的爱好,也只不过是出于环境压力才进化出来的。

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