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杨晗之

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《科学画报》编辑

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花开为了谁——大彗星兰的故事

2015-02-27 11:06:33

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文/李

 

千姿百态的植物世界,多姿多彩的花朵,惟妙惟肖的花形,色彩斑斓的花色,或浓或淡的花香。花开时,如此相宜的淡妆浓抹,究竟是为了谁呢?

 

诗人席慕容在《一棵开花的树》里款款深情地写道:

“如何让你遇见我

在我最美丽的时刻

 

为这

我已在佛前求了五百年

……

如此看来,诗人的眼睛里,一棵树开花只为了遇到自己最心仪的梦中人。那么,对于植物学家来说,植物开花到底是为了谁呢?且容我一一说来。

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“达尔文猜想”

众所周知,数学界里有个闻名于世的数学难题——“哥德巴赫猜想”。这是德国数学家哥德巴赫于1742年提出的一个关于素数的数学猜想,即“任何一个偶数均可表示两个素数之和”,简称“11”。哥德巴赫猜想看似简单,要证明它却委实不易,200多年来,世界上有多少数学家都痴迷于证明这个猜想。

有趣的是,植物传粉生物学中也有一个类似的科学猜想,我们姑且称之为“达尔文猜想”。达尔文在《兰科植物的受精》一书中,详细地描述了许多结构独特的兰花是如何巧妙地吸引昆虫,为其传花授粉,实现“传宗接代”的目的。一天,当他打开刚收到的包裹时,不由地惊呆了。包裹里有一份来自马达加斯加的兰花,叫大彗星兰。它拥有6枚辐射状的白色花被,呈星状。最令人诧异的是,其唇瓣拖着一条又长又细的花距,约有30厘米长。当时,长期致力于自然选择进化研究的达尔文不由自主地想:“天知道是什么样的虫子才能取食到花距末端的花蜜呢?”紧接着,通过一系列模拟实验,达尔文做出了一个大胆的猜想:“马达加斯加岛上一定生活着一种口器(喙)很长的蛾子,其口器一定很长,足以够得到藏在花距末端的花蜜。”

对于这样一个猜想,虽然遭到当时昆虫学家们的质疑,但得到了同行华莱士的有力支持。独立提出过自然选择学说的华莱士曾测量过一种非洲天蛾的口器,足有20厘米长。他对达尔文的猜想坚信不疑,甚至颇有激情地鼓励那些到访马达加斯加岛的博物学家,建议他们抱着像天文学家寻找海王星一样的信念去观察,一定会找到达尔文所预测的长喙天蛾。果不其然,1873年,有博物学家在《自然》杂志上报道,说在巴西找到了口器长25厘米的天蛾。由此可见,长喙蛾子是存在的。到了1903年,有人报道了马达加斯加的一种巨型天蛾——斯芬克斯蛾,它几乎有一只小鸟那么大,口器长30厘米,双翼幅宽达15厘米。这种新发现的天蛾与华莱士在非洲观察到的蛾子属于同一个种不同的亚种,被命名为“Xanthopan morganii ssp. praedicta”。这样一个命名是非常恰当的,亚种“ssp.”后的拉丁语“praedicta”从词义上揭示了这种蛾子与达尔文的猜想密切相关,有人称之为“预测天蛾”。

从看到大彗星兰的第一眼,达尔文便天才般地预测了长喙天蛾的存在。接着,时隔41年后,有人发现了马达加斯加岛上长喙天蛾的存在。从提出猜想到被验证,比起“哥德巴赫猜想”来说,过程要短得多。“达尔文猜想”被验证,进一步佐证了自然选择进化论学说。由此,达尔文的进化论才会被恩格斯视为“19世纪自然科学的三大发现之一”(其余两项是细胞学说与能量守恒定律)。

故事讲到这里,你也许以为可以告一段落了。然而,关于马达加斯加的天蛾和大彗星兰之间的浪漫故事依旧在继续着。

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兰花与天蛾

我们先来认识一下故事中神奇的大彗星兰。它是兰科植物的一员,属于彗星兰属(Angraecum)。该属是一类生活在非洲热带地区和印度洋群岛的附生兰,喜欢生长在树干或石头上。它们拥有两列排列整齐的肉质带状叶片,就在这些叶腋里,有长长的花序从中伸出,相继吐露着一朵朵洁白芳香的花朵。这样一朵美丽的兰花,最令人瞩目的便是它宽厚的唇瓣基部向外延伸形成了一条又长又细的花距。其中,大彗星兰便是该属中花距较长的一种,被命名为“Angraecum sesquipedale”。属名“Angraecum”是马来西亚人对兰花的称呼,种加词“sesquipedale”是一个拉丁语的复合词,是一英尺半的意思,用来突出大彗星兰的花距很长。事实上,彗星兰也比较贴切。它反映了具有星状花被的彗星兰拖着一条长长的花距,就像天空中掠过的彗星,拖着一条长长的彗尾。

大彗星兰的花开为了谁,生出一个长长的花距又是为了谁?这样的科学问题已经被达尔文预测并被后人成功证实了。大彗星兰长长的花距是为吸引马达加斯加特有的“预测天蛾”去取食花距末端的花蜜。当天蛾嗅着大彗星兰的甜蜜芳香,尽量伸长口器去吸取花蜜时,身体自然就会挤压在花朵上,成熟的花粉自然会沾到天蛾灰褐色毛茸茸的身体上。当天蛾在大彗星兰的花丛中乐此不疲地用长长的口器取食花蜜时,它已经在自觉或不自觉的情况下为大彗星兰进行了异花授粉,保证了大彗星兰生生不息的后代繁衍。

然而,1903年,科学家发现“预测天蛾”时,并没有观察到天蛾为大彗星兰传粉的现象。这是因为“预测天蛾”是夜行性动物,同时个体数量也较为稀少,很难观察到它的夜间活动行为。直到1984年,有传粉生物学家发现大彗星兰颇有自己的“生存智慧”。除了花朵硕大洁白,夜间香气更浓郁之外,大彗星兰还有另一项高超的生存本领。那就是,它竟然懂得把花期延长至几星期,耐心地如猎人般“等候”着闻香前来的“猎物”——长喙天蛾。故大彗星兰作为一种奇花异卉,其长达几星期的花期备受兰花爱好者青睐。然而,直到1992年,德国科学家卢茨·沃瑟萨尔通过夜视仪才首次记录下了“预测天蛾”拜访大彗星兰的传粉活动。到了2004年,有科学家将这一传粉过程制作成视频,共享到网络上,此时距离达尔文的预测已经过去了142年。至此,“达尔文猜想”似乎可以告一段落了。

享有“达尔文兰花”之称的彗星兰属约有150种,主要分布于非洲热带地区和马达加斯加岛。令人颇感兴趣的是,长喙天蛾与彗星兰属的地理分布几乎重叠,似乎可以说有长喙天蛾出没的地方一定有彗星兰属植物的出现。1965年,法国植物学家琼·波斯尔在马达加斯加发现了一种彗星兰(A. longicalcar)。这种彗星兰的花距比大彗星兰的还要长10厘米,可以达40厘米。看到这样一个超长花距的彗星兰,美国昆虫学家吉恩·克里茨基颇为乐观地说,“新的探索又开始啦!马达加斯加岛上至少还有比‘预测天蛾’的口器更长的天蛾种类。”这是真的吗?我们拭目以待,期待着那些具有“像天文学家寻找海王星一样的信念”的植物学家开始新的探索与发现。

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——选自《科学画报》2015年第一期


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