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《青年科学》

开博时间:2016-11-21 21:22:00

《青年科学》杂志创办于1980年,是沈阳日报报业集团主管并主办的综合性期刊。辽宁省一级期刊,曾连续两届被国家新闻出版署评为“全国百种重点期刊”。

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食肉植物

2009-12-19 13:28:01

  植物学家过去认为,食肉植物只是被动地捕捉猎物。然而,植物学家最近前往婆罗洲的沼泽森林,运用高速摄像机镜头对猪笼草进行观察,结果得出足以颠覆以往观念的结论。

  同其他外表可怕、动感十足的食肉植物比起来,猪笼草的捕虫过程似乎很简单。捕蝇草可以在不足一秒的时间内突然关闭,将那些麻痹大意的昆虫们关在里面;茅膏菜利用其触须作为“粘蝇纸”设下圈套,迅速包围猎物;狸藻长有一种囊状物,其吸水能力非常强,当昆虫触及气囊上的毛时便被吸入,成为狸藻的食物。相比之下,猪笼草似乎只有一个类似“陷阱”的捕虫囊。

  过去人们认为,猪笼草捕虫囊的蜡质区是捕捉昆虫最重要的结构,不论是蚂蚁还是苍蝇都因无法在蜡质区立足而跌入捕虫囊下方的液体区。另外,蜡质区还阻断了试图再爬出来的昆虫的去路。然而,植物学家沃尔特在仔细观察后发现了一个奇怪的现象:不少昆虫常常是直接跌入液体区的,并未接触到蜡质区。他还发现:有些猪笼草根本没有蜡质区,有些猪笼草不仅没有蜡质区,甚至也没有捕虫囊,可它们依然能有效地捕捉猎物。这是为什么呢?

  “水罐”的边缘有魔力

  沃尔特和他的同事们观察到:一只小蚂蚁掉进了捕虫囊——“水罐”,正当它挣扎到“水罐”边缘准备逃走时,却莫名其妙地被突然卷到“水罐”的中央,再没能脱身。

  在“水罐”边缘此时究竟发生了什么?沃尔特将水滴到“水罐”边缘,发现水滴在数秒内展开,并在表面形成一层薄膜,正是这层水膜阻止了蚂蚁与植物表皮直接接触,从而有效地消除了蚂蚁的抓取力。就好像在湿润的公路上行驶的汽车一样,蚂蚁在湿润的“水罐”边缘如同坐上滑板,径直跌入植物的“血盆大口”。

  “水罐”的液体有魔力

  那么,没有蜡质管壁的猪笼草为什么照样能成功捕捉昆虫呢?这个问题也让研究者感到困惑。法国女植物学家劳伦西注意到,在拉非尔斯猪笼草的“水罐”里的液体捏起来感觉黏糊糊的,用手指挤压可以形成黏性丝状物。

  劳伦西使用高速摄影机拍摄掉入液体的昆虫,有了意外的发现:当一只苍蝇掉入装有水的试管中时,它在数秒内便成功飞出,对于一只蚂蚁来说也是如此,它能很快游到试管边缘并成功爬出。但是,如果将苍蝇或蚂蚁扔进装有拉非尔斯猪笼草分泌出来的液体的试管中,它们则无一幸免。起初,它们不断地挣扎,但很快就被液体包围,翅膀和腿都无法移动。有一段影像非常清楚地显示:在液体中形成了一根黏性丝状物,牵制了苍蝇的腿的移动,苍蝇开始挣扎,但它越挣扎被缠得越紧,那情形就和人陷进流沙一样。

  劳伦西意识到,这是一种典型的含有长链聚合物的混合液体,即所谓“粘弹性液体”。在这种液体中,任何运动都会使聚合物变形、拉长并产生丝状物。如果停止运动,聚合物则会慢慢地恢复到原先的松弛状态。掉入“水罐”液体中的昆虫快速地移动四肢,使液体产生丝状物,就像一根根弹力橡胶带将昆虫牵制住,昆虫要想摆脱这种羁绊是非常困难的。它们唯一的脱身方法是尽可能地缓缓移动,但这几乎是不可能的,因为昆虫一旦掉入液体中,它们就会因恐惧而不断挣扎,撞击液体。它们挣扎得越起劲,液体就将它们“捆”得越紧。劳伦西说:“整个液体都会变得非常硬,昆虫就好像在凡士林里游泳一样。”

  “水罐”里暗藏诸多玄机

  劳伦西说:“猪笼草可能没有捕蝇草那么活跃,但它们的捕捉机制同样基于昆虫的活动。”他们在拉非尔斯猪笼草的“水罐”边缘安装上传感器,结果发现,“水罐”边缘的湿润程度具有明显的时间循环性:不论是否下雨,在一天的多数时间里,“水罐”边缘都保持干燥,并未捕获任何猎物;但是,从傍晚至第二天清晨,“水罐”边缘变湿润了,能高效捕捉猎物。

  这究竟是为什么呢?他们猜测,食肉植物具有间断性捕捉机制,这看起来是一种进化缺陷,但没准也是它们“猎食策略”的一部分。以大多数猪笼草的主要猎物蚂蚁为例。当食物供应不足时,蚂蚁就会派出“侦察兵”寻找食物,一旦“侦察兵”发现了食物来源,则会立即返回蚁巢通知它们的同伴。可以想象,如果一个“侦察兵”在一次寻觅中遇到了湿润的“水罐”,它就会一去不复返;但如果它遇到的是干燥的“水罐”,它就会返回蚁巢并带来更多的蚂蚁。劳伦西总结说:“其实,这样的策略比起连续低效的捕捉更能得到大量猎物。”

  劳伦西还认为,也许正是这些不可预知性,共同促成了食肉植物的这种“猎食策略”——间断性地捕食,以防止猎物进化出相应的躲避措施。劳伦西解释说:“对猪笼草来说,不可预知性是非常重要的。蚂蚁造访‘水罐’边缘,可能致命,也可能安然无恙。在没有到达之前,它们永远不可能知道真正的结局。”

  如此看来,猪笼草设置的陷阱看似简单,实则暗藏诸多玄机!现在,植物学家已经打算将食肉植物归入主动性进攻生物之列。

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