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標題: 揭示食蟲植物致命陷阱  
 
wolf (白銀冰狼)
[藻類] 新手上路
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揭示食蟲植物致命陷阱

以北卡罗来纳州威尔明顿为中心,周围半径140公里的范围内有一片分布着松树的湿地草原。地球上的捕蝇草原产地仅此一处。这里还生长着若干种其他食虫植物,不似捕蝇草那般有名,分布也较普遍,但诡谲程度却毫不逊色。有长着细长香槟酒杯般叶子的猪笼草,昆虫(有时还有体型更大的动物)失足跌入叶中便命丧黄泉;茅膏菜用黏乎乎的腺毛把虫子拥入怀中;水塘和溪流中还生长着狸藻,啜食猎物好似水下吸尘器。
    饕餮动物为生的植物让人发毛又无限着迷,可能是因其悖理而为的行事方式吧。发明我们如今使用的生物分类方法的18世纪伟大瑞典博物学家卡尔林奈对此持反对意见。他宣称,捕蝇草若真以昆虫为食,就会“违背依上帝意愿建立的自然法则”。他推论植物只是不小心才捉到了昆虫,倒霉的小虫一旦停止挣扎,植物自然会敞开叶片,还其自由。
    头脑更灵光的查尔斯· 达尔文也为食虫植物颠倒错乱的行为方式深深着迷。1860年,这位《物种起源》的作者遭遇平生所见的第一株食虫植物——茅膏菜之后不久写道:“我对茅膏菜比对世上所有物种的起源更加关心。”他花了好几个月的时间对这些植物进行实验,把各种物体置于叶片上,观察它们用黏乎乎的腺毛把猎物慢慢包裹起来。他用小块生肉和蛋黄刺激这些植物,对一根人类毛发的重量都能激起反应的事实感到惊叹不已。“在我看来,植物界观察到的现象中,几乎没有比这更非比寻常的了。”他如此记录道。然而茅膏菜却对水滴视而不见,即便是从极高的地方落下的水滴。他分析道,如果对雨水的“假警报”也做出反应,这植物很显然就犯下弥天大错了。这可不是偶发事件,这是适应行为。
    达尔文把研究领域由茅膏菜扩展至其他物种,最后在1875年把观察和实验结果记录下来,写成《食虫植物》一书。他对捕蝇草迅速精准的反应和强大的力度惊叹不已,称其为“世界上最奇特的植物种类之一”。他告诉人们,叶面瞬间闭合之后,就形成“暂时存在的杯子或胃”,分泌酶,溶解猎物。他还注意到,叶片闭合后要一个多礼拜才会重新张开,由此推论叶片边缘的齿状棘刺给体型较小的昆虫留出脱逃的空间,这样便可使植物不必费时消化分量不足的餐食,从而节约成本。达尔文把捕蝇草瞬间反应的动作(“啪”地一声闭合起来,只用大约0.1秒)比作动物的肌肉收缩。但植物并没有肌肉和神经,那么它们是如何像动物一样做出反应的呢?
    如今,使用21世纪高科技手段的生物学家开始了解这些植物狩猎、进食和消化的方式,以及这些奇异的适应行为最初是如何发生的。经过多年研究,亚拉巴马州奥克伍德大学的植物生理学家亚历山大· 沃尔科夫认为自己破解了捕蝇草的秘密:“这是株电动植物。”
    昆虫蹭上捕蝇草叶子的一根绒毛时,这动作就产生一枚电荷,电荷在叶面组织内聚集,但还不足以激发其闭合,如此一来就可避免捕蝇草对雨滴之类的假警报发生反应。而运动中的昆虫则很有可能再次触动另一根绒毛,从而增加电荷量,导致叶面关闭。
    沃尔科夫的实验揭示出,电荷沿叶面内部充满流体的导管向下传导,使细胞膜上的小孔张开,液体从叶内面的细胞流至叶外面,导致叶面瞬间如隐形眼镜般由凹面翻成凸面。叶面翻转的同时就闭合起来,把昆虫困在其中。
    狸藻设置水下陷阱的方式同样手段高明。它把水从小巧的气囊内排出,降低内部气压。水蚤或其他小虫游过时,碰弯气囊上的触毛,开启瓣膜,低压作用把水吸进,猎物也顺流而入。0.05秒的时间内,门户重新闭合。之后气囊内的细胞再次开始向外排水,形成新的真空环境。许多种食虫植物都像捕蝇纸一样用黏乎乎的腺毛粘住猎物,而猪笼草则采用另一种战术,长出长长的瓶状叶片,等待虫儿跌入。最大的瓶子深度可达一尺,能消灭一整只青蛙,甚至是不走运栽进来的老鼠。精密的化学作用把瓶囊变作死亡陷阱。生长于婆罗洲丛林的莱佛士猪笼草产生的甘蜜在引诱昆虫的同时还形成光滑的表面,让虫子站不住脚。降落在瓶口边缘的昆虫脚底打滑,滚跌进去。里面的消化液特质完全不同,不似瓶口的液体那般滑腻,而是胶黏的。苍蝇若想抬腿逃跑,黏液就会如橡皮筋一样紧抓不放。
    许多食虫植物具有特殊的腺体,可分泌强效消化酶,穿透昆虫甲壳,吸取猎物体内的养分。而在北美大部分沼泽和贫瘠沙地都有分布的紫瓶子草却征用其他生物帮它消化食物。这种植物体内分布着一张由蚊子幼虫、小飞虫、原生物和细菌组成的食物网,其中许多物种唯有在这种环境中才能生存。动物把落入瓶内的猎物撕碎,小一些的生物以碎屑为食,最后,瓶子草再从这场盛宴的排泄物中吸取养分。“这些动物形成一条加工链,加速了整个反应过程。”佛蒙特大学的尼古拉斯· 戈泰利说,“之后植物再把氧气排入瓶内,给养里面的昆虫。这是个紧密的循环系统。”
    沼泽地上到处翻飞着桔黄色小旗,每面旗帜标记着一株供科学研究用的猪笼草。远处一名学生正在给插了小旗的植物喂食苍蝇。研究人员用掺了特殊的碳和氮元素的食物喂养这些昆虫,这样日后便可采集猪笼草测量其从苍蝇身上吸收的各种元素的数量。由于猪笼草生长缓慢(能存活几十年),所以实验要花费多年才能出结果。

    埃利森和戈泰利致力于弄清是何种进化之力促使这些植物对肉类产生胃口。食虫植物以动物为餐显然获益不浅,科学家给猪笼草多喂食小虫,它就长得更大。但是吃肉带来的裨益可能跟你预期的不同。像人类这样的食肉动物利用蛋白质里的碳和肉里的脂肪促进肌肉生长、贮存能量,而食虫植物则从猎物中汲取氮、磷等重要元素用来生成捕光的酶。换句话说,吃肉帮助食虫植物完成与所有植物一样的使命——从阳光中直接获取生长的能量。

    但是可惜,它们把这活儿干得不怎么样。食虫植物在把阳光转化为组织的过程中效率极低,这是因为它们要利用大量能量生成捕捉猎物的装备——酶、泵结构、黏性触手等等。猪笼草或者捕蝇草无法进行大量光合作用,是因为它们与其他植物不同,没有平坦的叶面充当太阳能板,来大量吸收阳光。埃利森和戈泰利猜测,只有在特殊环境下,食肉的益处才会高于为其付出的代价。比如,在贫瘠的沼泽地区,土壤中氮和磷含量极低,食虫植物便比那些采取常规手段获取这些养分的植物更占优势。同时,沼泽地区阳光如瀑,即便是效率极低的食虫植物所进行的光合作用也足以生存。“它们处境困窘,却物尽其用。”埃利森说。
   有些情况下,科学家能够观察到复杂的食肉植物是如何从结构较简单的祖先进化而来。比如,捕蝇草与只在茎上生有被动捕食的黏性腺体的露叶毛毡苔有一个共同的祖先。同时它们还与茅膏菜共有一个离现在年代更近的祖先,而茅膏菜不仅生成捕蝇纸似的腺体,还可卷曲叶面包裹猎物。捕蝇草貌似在此种陷阱的基础上进化出了更加高明的版本,长出的叶子犹如大口。

    不幸的是,使食虫植物得以在边缘环境中繁荣生息的适应能力,却同时也使它们对环境变化极其敏感。北美地区农业废水和发电污染使许多沼泽地氮含量超标。食虫植物构造精巧,只能适应低水平的氮含量,多余的养料使其生态系统不堪重负。“它们最终把自己的生命消耗殆尽。”埃利森说道。
   人类同时还以其他方式威胁食虫植物的生存。如今贩卖奇异食虫植物的黑市极为猖獗,以至生物学家对有些珍稀种类的生长地进行保密。北卡罗来纳州成千上万株捕蝇草被非法采集,在路边摊出售。北卡罗来纳州农业部给捕蝇草涂上无毒染料,这种染料平时看不见,但在紫外光照射下会发亮,这样一来,发现待售捕蝇草的检查员就可以迅速判断出这些植物是花房繁殖还是野外盗取。然而即便可以终止对食虫植物的偷采行为(可能性极小),它们还是会继续遭受其他的冲击。它们的栖息地不断被购物中心和住宅占领,逐渐消失,同时野火也受到控制,其他植物得以快速生长,势头压过捕蝇草。兴许对苍蝇来说这是个好消息,但对那些欣喜于进化之力的鬼斧神工的人们来说,却是一大遗憾。

[ 本帖最後由 wolf 於 2010-6-26 06:13 PM 編輯 ]


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2010-6-26 06:11 PM#1
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