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相愛相殺,動植物是復雜的“命運共同體”

2023年02月08日 13:55  |  作者:趙漢斌  |  來源:科技日報 分享到: 

一種瀕危的蛇菰屬植物,其生命周期中種子傳播的關鍵環節,竟然源自另一種瀕危物種——奄美兔。近日,一則關于此研究的報道,登上美國科學新聞網站等媒體的顯著位置。

無數事實和科學研究表明,在生命長期演化過程中,植物和動物之間形成了互惠互利甚至是協同演化的關系,如蜂鳥專愛花蜜、考拉鐘情于桉樹葉……與此同時,植物的生存繁衍,也離不開動物,尤其是在傳粉與種子傳播過程中,動物功不可沒,二者甚至互為生存繁衍的基石。像奄美兔傳播蛇菰屬種子這種動物傳播植物種子的現象,在自然界并非孤例。

兔子不只吃草,也會傳播植物種子

對多數植物來說,種子或孢子散播的過程很簡單,只要時機一到,便“瓜熟蒂落”,掉落到適宜的地面上。但有的植物為能更廣泛、持久地傳播,演化出讓種子“搭便車”的特異功能,搭載的媒介包括風、水、鳥類、昆蟲、哺乳動物乃至人類。有的種子甚至需要經過動物的消化道,再排泄到離母本植株千里之外的地方。與此同時,糞便中的水分以及未被完全消化吸收的營養成分,還會給種子提供良好的萌發條件——為了延續基因,植物可謂是“煞費苦心”。

奄美兔,又名琉球兔、奄美短耳兔、奄美黑野兔,是一種只分布在日本奄美大島及德之島的植食性原始兔。它們在茂密的森林間棲息,晝伏夜出,是亞洲大陸古代兔的遺族,被稱為“活化石”。在世界自然保護聯盟紅色名錄中,奄美兔被列為“瀕危(EN)”級別,尚存于野外的數量不足5000只。

由于數量稀少,奄美兔的生活一直是個謎。為揭示其瀕危的原因,日本的一個研究小組前往亞熱帶島嶼收集其糞便,竟從中發現了仍有可能生長的蛇菰屬種子——原來,吞下這種種子并將其排泄到其他地方的奄美兔,扮演了種子散播者的角色。

蛇菰屬是瀕危的寄生植物,沒有葉綠素,不能利用光合作用來為自己制造食物,只能從寄主植物那里吸取能量。這意味著,種子散播是其生命周期中的主要時點,且種子的最終去向也很重要。

在人們的認知中,兔子一般喜歡吃植物的營養組織,如葉和莖。但人們沒有注意到兔子能對散播種子起到多大作用,因為種子往往存在于肉質果實中。

日本神戶大學的生物學家末次健司介紹,島上的居民最先注意到,奄美兔會啃食一種本土蛇菰屬果實。隨后,研究人員通過監控發現奄美兔會在地下洞穴中排便,這可能讓種子散播到蛇菰屬宿主的根部附近,因而奄美兔很可能在蛇菰屬及其宿主之間建立了重要聯系。

延續基因,動植物有協同之道

在我國,科研工作者發現的類似動植物互利共生事例,可謂不勝枚舉。除了由動物幫助傳播種子,由動物幫助授粉也是有花植物生存策略中不可或缺的一環。

在云南西雙版納密林中,善于隱藏自己花朵的榕樹,與專愛榕樹花朵的榕小蜂,是一對典型的跨界“伴侶”。

在中國科學院西雙版納熱帶植物園的榕樹園,幾代科研人員收集了榕樹100多種、榕小蜂200多種。“榕樹都有花,打開它的‘果實’,就可以看到花。榕樹把花隱藏起來,就是專門吸引榕小蜂為它傳粉,這是它們共同的生存策略。”中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員彭艷瓊介紹。

榕小蜂是榕樹唯一的傳粉者,榕樹必須依靠榕小蜂授粉才能進行有性繁殖,使其物種得以延續;榕小蜂專門為榕樹傳粉,榕樹為榕小蜂提供繁殖和棲息的場所。世界上大約有750種榕樹,每種榕樹都由一種特定的授粉榕小蜂進行授粉。據英國科學家對古代化石的研究,二者之間互惠互利、協同進化的“親密緣分”,已存續3400萬年以上。

除了“榕樹—榕小蜂”,“螞蟻—金合歡”“絲蘭—絲蘭蛾”等也是專性協同演化的經典組合。此外,傳統藥用植物大百部傳播種子的故事也值得說道。

大百部殺蟲、止咳潤肺的功效已得到驗證。但長期以來,人們并不十分清楚其種子傳播的機制。不久前,我國科學家在進行植物調查時才破解了這一秘密。

中國科學院昆明植物研究所研究員孫衛邦等人發現,在自然生境及植物園人工栽培條件下,愛“吃肉”的胡蜂,會取食和傳播氣味與形狀都極似昆蟲的大百部蒴果。大百部油質體在模擬昆蟲血淋巴時,釋放的嗅覺線索是維持胡蜂和大百部傳播體關系的重要信號。

當距離大百部傳播體約10厘米時,胡蜂會向“獵物”猛撲,然后咬掉攜帶油質體的種子。丟棄的種子落到地面上,被覓食的螞蟻二次傳播。胡蜂和螞蟻得到了食物,大百部傳播了種子,皆大歡喜。

“研究揭示胡蜂在大百部種子傳播過程中扮演長距離傳播的角色。探索這些不常見的種子傳播策略,可幫助人們深入了解復雜的動植物互惠關系。”孫衛邦說,胡蜂和螞蟻協作傳播大百部種子的行為,可以用來解釋這個物種目前的分布格局。

編輯:馬嘉悅

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