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為什么植物愛吃肉?

2017-06-09 22:14蘭文德
大科技·科學之謎 2017年5期
關鍵詞:捕蟲豬籠草食肉

蘭文德

植物是自養(yǎng)生物,它們可以利用太陽光進行光合作用,將無機物轉化成碳水化合物,獲得生長發(fā)育必須的養(yǎng)分。這些生長要素并不難獲取,所以植物能在非常嚴苛的條件下存活。不過,還有一種植物竟然發(fā)展出了“吃肉”的習慣。

這些植物就是食肉植物,已知的全世界食肉植物有600種以上,在它們的食譜上,既有小昆蟲,也有像老鼠這樣較大個的哺乳動物,一旦誘捕上,肉食植物會分泌恐怖的消化液,將動物們慢慢溶解掉。比起其他“食素”植物,手段異常殘忍。那么,為什么食肉植物有這么古怪的愛好呢?

吃葷也是迫不得已

就像人類是因為氣候變化,導致植物性食物難以獲得,為了存活,才開始吃肉,肉食植物吃肉也有類似的“苦衷”。

大多數食肉植物生活在高光、水淹的沼澤環(huán)境中,由于濕地的水會很快將土壤里的養(yǎng)分帶走,土壤里氮和磷的含量都極低,而氮又是植物合成蛋白質與DNA的主要成分之一,這使得在這種環(huán)境里,很少有植物能夠生存下來。面對這樣的絕境,食肉植物不得不另謀生路——吃掉有營養(yǎng)的動物,獲得氮、鉀、鈣、磷等生存必需的礦物質。

研究者推測,最初,食肉植物祖先也是“素食主義者”。拿現在的食肉植物大家族——耐鹽類食肉植物來說,剛開始,這類植物只是為了適應含鹽量過高的生長環(huán)境,它們會用特殊的腺體將從土壤中吸收的鹽分經葉子排出,而這種鹽分恰巧可以殺死周圍的昆蟲,昆蟲尸體成了供應土壤或者植物本身的天然肥料,在受惠于這種生存機制后,隨后這種生存機制才變成植物特意的殺戮機制。

豬籠草也是如此。豬籠草是一種能夠捕食昆蟲的多年生草本植物,所有種類的豬籠草看起來都很相似:形狀像豬籠的捕蟲籠,捕蟲籠內表面為蠟質區(qū),表面光滑,昆蟲掉進去后會很難再爬出來。

研究者曾對澳大利亞的土瓶草、北美東海岸的豬籠草和亞洲的翼狀豬籠草進行研究,結果表明,雖然這三大不同種類的豬籠草分別與楊桃、獼猴桃和蕎麥有更近的關系,但它們進化出了相同的食肉方式。最初,這些豬籠草的蛋白質是用來抵御疾病的,隨后,為了應對落入陷阱里的昆蟲,這些在完全不同地理環(huán)境中的豬籠草都成功地將蛋白質改進成可以幫助消化“肉食”的酶,這些酶包括用于分解昆蟲外骨骼的幾丁質酶,以及幫助它們從獵物中吸收磷的紫色酸性磷酸酶。

吃葷的巨大代價

雖然食肉植物進化出了“吃葷”的本領,讓自己能夠更好地存活下來,但它們付出的代價也十分巨大。隨著投入更多的能量到食肉性的適應過程中,比如它們將葉子設計成能誘騙、消化獵物的陷阱,那么用于光合作用的葉子就會減少,導致無法高效地進行光合作用。因此,大多數食肉植物生長緩慢,體型不大,即使能通過食用昆蟲的方式來“改善伙食”,氮的攝入量仍然有限。所以,你永遠也不會遇到一個巨大的食肉植物,也不用害怕是否自然界有能大到吃人的食肉植物。

另外一個會讓食肉植物非常煩惱的問題是如何繁殖。像許多植物一樣,食肉植物的繁殖器官也是花,種子也是其下一代。大多數花也分為雌蕊和雄蕊,需要昆蟲授粉,使得精細胞和卵細胞結合,這就產生了一個很尷尬的沖突:一方面,食肉植物需要吃掉昆蟲補充營養(yǎng);另一方面,它們又需要昆蟲授粉繁殖。例如一種來自西班牙的食肉植物捕蟲堇屬就遇上了這樣的麻煩。一般,如果它的花朵有許多傳粉者傳粉,它會結出更多的種子,然而由于捕食陷阱離花朵非常近,無意之中,它也吃掉了不少傳粉者,使得繁殖能力大大降低。

吃葷吃素還是環(huán)境說了算

既然“吃葷”問題多多,所以,跟寄生植物和腐生植物不大一樣,目前所發(fā)現的肉食植物,沒有哪一種完全放棄了能夠自養(yǎng)的光合作用。而且在條件允許的情況下,一些食肉植物還會變成非食肉植物。

以瓶子草為例,這種北美的食蟲植物通常生長在經年潮濕的地方,它們進化出了漏斗狀的葉子作為捕蟲瓶,利用密腺所分泌的蜜汁吸引昆蟲。同時,捕蟲瓶上部經陽光照射后如彩繪玻璃般,可以誘使昆蟲前往,捕蟲手段非常高超。

不過,這種典型的食蟲植物的捕蟲瓶,卻在秋末開始枯萎,長出不具捕蟲功能的劍形葉,開始了一段很長時間的“吃素”期。這又是為什么呢?

這是由于冬季天氣轉冷,光照水平低于夏天,同時,冬天的昆蟲也在減少,此時把能量花在生長捕蟲瓶上很不劃算,所以瓶子草長出了劍形葉,增加了光合作用的葉子面積,這樣可以更好地利用光照。另外一些食肉植物也會采取相同的策略,當棲息地土壤里營養(yǎng)成分增多,或者是光照太少,它們會盡可能地減少獵捕行為。

看來,食肉植物并不恐怖,它們這一嗜血的愛好,也只不過是出于環(huán)境壓力才進化出來的。

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