动物“纹身”进化机制揭开

据法国国家科学研究中心近日消息,法国艾克斯马赛大学发育生物学家提出了新的遗传模型,解释了动物多样的彩色“纹身”在物种进化过程中是如何形成和变化的。研究人员针对果蝇翅膀上的多样黑色斑点,通过追踪果蝇基因的历史变化,获得了控制其翅膀黑斑的遗传模型,该模型可从基因水平解释动物“纹身”的形成机制。相关研究结果发表在近日出版的《科学》杂志上。

自然界中,从斑马的黑白斑纹,到小丑鱼橘红和白色相间的环带,再到蝴蝶色彩斑斓的翅膀,动物身上装饰着极为多样的彩色图案。此前的研究表明,这些独特的“纹身”对动物的生存和繁衍都极为关键。

动物的形态、身上的斑纹是由其在胚胎发育过程中基因的表达所形成的。这些基因如同建筑工地上分工不同的队伍,有的基因是“建筑师”,负责“筑起”器官和躯干;有些基因则是“画家”“木匠”等“手艺人”。要阐明动物不同斑纹是如何形成和变化的,其关键就在于探明这些不同功能的基因在动物胚胎发育过程中彼此间的关系,以及基因在物种进化过程中的变化情况。

研究人员针对雄性果蝇翅膀上的黑斑,对不同种类及不同年代的果蝇基因进行了对照研究。结果表明,负责产生黑色素的“画家”基因序列在进化过程中发生了某种变化,开始对“建造”果蝇翅膀的“建筑师”基因格外敏感,接受“建筑师”的诱导并在翅膀上“泼墨作画”。与以往的认识不同,研究人员发现,果蝇翅膀上出现黑斑这一新的形态进化并非因为新的基因出现,而是现存基因间产生了新的相互作用。

出现黑斑这一变化出现在数亿年前,此后这一变异进入了第二个进化阶段,不同种类果蝇翅膀上的黑斑变得多样和独特。而黑斑图案的多样性也并非因“画家”基因产生了突变,而是由于“建筑师”基因在不同空间分布上表达的结果。 

果蝇翅膀黑斑从最初出现到其后多样化的演变,这两个进化都并非源自产生了新的基因突变。基因之间建立起新的相互关系及其在不同空间位置上的表达,为动物穿上了新的饰衣,这些“纹身”或美丽夺目,或用于伪装,抑或恐怖骇人,而我们从基因水平上了解了其真正的“画作者”。(来源:科技日报)

蚂蚁也过集体生活

公社生活不仅仅是嬉皮士们的偏好。研究人员发现,包括两个或更多不相关种群的拉丁美洲厚结猛蚁属因韦尔萨蚂蚁会以家庭为单位分享工作、划分杂务。

大多成熟的蚂蚁族群由一只蚁后和它的后代组成。然而,科学家在巴西收集到的厚结猛蚁属因韦尔萨蚂蚁种群则最多可由7只不同的蚁后及它们的后代所组成。 

近日,研究小组在《生物学快报》网络版上报道称:蚂蚁种群中特定的工作由专门负责的蚂蚁来完成,这些工作包括照顾幼蚁——如图中工蚁搬运蚂蚁蛋的工作——以及负责时刻在蚁巢外巡逻。

但是,集体观念仅此而已:蚂蚁喜欢与自己种群中的其他成员相处,而且每只蚂蚁都带有一种化学标记以显示其所属的种群。研究人员表示,他们的发现提示分配工作可以帮助毫无关系的个体和谐地生活在一起。(来源:中国科学报)

红薯基因揭密南美古人迁徙

 

近日,一项新的研究指出,红薯的基因组可能是揭密一个伟大探索时代的关键。该时代比欧洲地理大发现早几百年,且存在很多人类学谜团。

 大约8000年前,秘鲁高原上的人们开始在家里种植红薯。前几代学者认为,西班牙和葡萄牙的探索者在16世纪初期将红薯引入东南亚和太平洋地区。然而近些年,考古学家和语言学家收集的证据却支持另一种假设:前现代波利尼西亚的水手航行到南美洲的西海岸,并将红薯带回了家乡。人类学家在太平洋发现的最早红薯炭化样本要追溯到公元1000——比哥伦布的第一次远航还要早500年。另外,波利尼西亚语言中红薯的名称和盖丘亚族(南美印第安人的一大分支,编者注)的叫法非常相似。

 如今,一些科学家连同法国进化和功能生态学中心以及法国国际农业研究中心,研究分析了第一批到达波利尼西亚群岛的欧洲探索者收集的植物标本中的红薯样本。这项研究的结果在线发表在121日的美国《国家科学院院刊》上,为波利尼西亚和南美洲在1000年前的联系提供了强有力的证据。

 通过分析现代红薯样本和古老植物标本上的基因标记,研究者发现西太平洋地区和东太平洋地区的品种有明显的差异。这一发现支持了所谓的三重假设,该假设认为红薯曾三次被引入到一个地区:第一次是通过波利尼西亚和南美洲在前现代时的联系,第二次是通过西班牙贸易商从墨西哥向西航行,第三次是葡萄牙贸易商从加勒比海向东航行。西班牙和葡萄牙的品种传到西太平洋就停止了,而更早时候,东部的品种主要来源于南美洲,正好解释了科学家所发现的东西太平洋地区的差异。

美国加利福尼亚大学伯克利分校的考古学家Patrick Kirch表示,研究标本的这个决定是具有创新性的,为三重假设提供了另一个强有力的证据。这项报告的主要作者Caroline Roullier强调,尽管单凭她的基因分析并不能证明前现代的波利尼西亚确实和南美洲有联系,但是它支持了考古学和语言学的证据来证明这一结论。她说,这是多种证据的结合,非常具有说服力。 (来源:科学网)

树蛙研究揭示板块间物种交流

 

在中科院昆明动物研究所张亚平院士与得克萨斯大学奥斯汀分校David M. Hillis院士的指导下,成都生物研究所副研究员李家堂等通过对树蛙类物种的生物地理学研究,揭示了渐新世时期印度板块和欧亚板块之间存在着快速的物种交流。近日,该研究在线发表于美国《国家科学院院刊》(PNAS),被认为是生物学和地质学交叉合作研究的精彩范例。

据介绍,印度板块和欧亚板块撞击事件被认为是目前地球上最大和最积极的造山运动。但至今对该事件的碰撞时间等模式仍备受争论。如,荷兰乌得勒支大学教授Van Hinsbergen等认为印度板块自距今5200万年前首次碰撞欧亚板块后,中间一段时间至2500~2000万年前,两板块之间缺乏有效接触。相反,澳大利亚悉尼大学教授Aitchison等的地理模型则支持,印度板块和欧亚板块后期接触的时间发生在大约3400万年前,始新世和渐新世之间。

树蛙类动物广泛分布于亚洲和非洲的热带和亚热带地区,多数以树栖生活方式为主,有着极差的耐海水能力,使树蛙类动物成为研究该区域地理事件的理想动物。

我们通过对树蛙类物种进行线粒体和核基因序列的分析,构建了114个种的系统发育关系。同时,根据化石校正点估算物种分歧时间,从生物角度为地质学上板块撞击这一备受关注的问题提供了独立的新证据。李家堂说。

树蛙类物种最早起源于非洲和马达加斯加地区,物种伴随着印度板块的向北漂移而北迁至欧亚大陆。在早第三纪时期,印度板块和欧亚板块首次接近碰撞的时候,树蛙类物种由印度板块扩散至欧亚板块,物种迅速在亚洲大陆,包括东南亚大陆和岛屿上进行扩散。有趣的是,科研人员发现,在始新世中期,印度板块和欧亚板块之间没有树蛙类物种交流,树蛙类物种只在东南亚及东亚大陆和岛屿间扩散。直到渐新世时期,印度板块和欧亚板块之间又恢复了树蛙类物种交流。该研究从生物进化角度支持Aitchison等的地理模型。(来源:中国科学报)

茅膏菜已进化出捕捉吞噬猎物系统

当一只昆虫误入到食虫茅膏菜的黏性触须上时,后者的叶子会卷成一种外胃式的样子,并于其中消化这些猎物。一项新的研究表明,这不仅仅是一种条件反射,更是一种捕捉和吞噬活猎物的复杂化学系统。

通过研究南非好望角的茅膏菜(如图所示),研究人员分析了这些植物遇到活的果蝇时产生的化学物质。叶子吞噬果蝇后,茅膏菜产生了被称为茉莉酮酸酯的化合物,且随着卷曲程度的加深分泌得越来越多。研究团队将报告发表在319日的英国《皇家学会学报B》(Proceedings of the Royal Society B)上。

当研究人员用制备的茉莉酮酸酯液体碰触它们时,这些叶子也会发生卷曲。这表明卷曲反应不只是对接触或运动的反射。死果蝇也不会引起其反射(如小图所示)。然而,被压碎的死果蝇会引起叶子卷曲——表明被吞噬的猎物产生的化学物质可能会引起茉莉酮酸酯的产生,叶子因此成为一个胃。很多植物为抵御昆虫咬啮而产生茉莉酮酸酯。但食虫植物并不是这种情况;以腐烂的水果和蔬菜为食的果蝇长有柔软的口器,不会损害一棵结实的活体植物。研究人员怀疑,茅膏菜已经进化到拥有一个这样的系统——为抵御捕食者而使自身变成捕食者。(来源:中国科学报)

气候变化催生鸟虫博弈

对于大山雀而言,气候变化的结果并非像生物学家最初设想的那样是一笔糟糕的交易。

40多年的时间里,一项在荷兰进行的长期研究曾追踪了这种普通的鸣禽何时产卵,有多少卵被孵化出来,以及又有多少小鸟最终能够活到产卵。

在过去,大山雀成功地将它们的繁殖季节与毛毛虫出现的峰值时间同步,从而为它们的宝宝提供了最为丰富的食物。然而随着全球气候逐渐变暖,毛毛虫与鸟儿都提前了它们的春季作息表,但鸟类显然已经无法跟上毛毛虫的步伐。许多大山雀的产卵时间比毛毛虫的繁殖时间晚了整整两个星期,因此在饥饿的鸟宝宝周围再也没有丰盛的食物可供享用了。这样的结果便是,大山雀的后代越来越少。

这可谓是一个坏消息。但同时也有一个好消息。瓦格宁根市荷兰生态研究所的动物学家Thomas E. Reed和同事在最新出版的美国《科学》杂志上报告说,尽管存在这样的损失,但涉及此项研究的大山雀种群数量却一直较为稳定。事实证明,较少的年轻大山雀意味着对稀缺食物的竞争同时也减少了,因此有更多的鸟儿能够活到冬季。

研究人员指出,最终这种大山雀与毛毛虫之间的比例失当可能变得越来越严重,从而足以使鸟类的种群数量出现下滑,而上述的缓冲效应又能够减缓这种下降趋势,从而让大山雀有更多的时间进化出一种方式以跟上毛毛虫的脚步。(来源:中国科学报 )

科学家破译植物开花时间秘密

植物为什么会在不同季节开花?研究人员在新一期《科学》杂志上报告说,其秘密在于一种核糖核酸(RNA)起到了调控作用。

英国约翰·英尼斯中心的研究人员发现的这种核糖核酸名为COOLAIR,是一种反义长链非编码核糖核酸。长链非编码核糖核酸曾被认为没有功用,现在科学家发现它能发挥很多重要的功能,比如影响基因的表达和染色质沉默等。不过目前还不清楚其自身被调控的机理。

研究人员以模式植物拟南芥作为研究对象,通过遗传筛选和基因克隆等手段,发现COOLAIR受到一种叫做R环的特殊结构的影响。R环是由一条脱氧核糖核酸(DNA)与核糖核酸杂合链以及一条单链DNA所形成的特殊基因组结构,一般在基因表达转录核糖核酸时可以形成瞬时的R环,但很快会被去除。

该研究第一作者孙前文对新华社记者解释说,COOLAIR作为一种反义长链非编码核糖核酸,可以影响拟南芥的开花时间。而他们观察发现,R环能够通过抑制COOLAIR发挥作用,从而让拟南芥提前开花。

孙前文说,虽然他们以拟南芥作为研究对象,但他们发现的调控机制存在普遍性,可为相应的研究领域提供借鉴,包括反义长链非编码核糖核酸功能、癌细胞基因组的不稳定性等研究。(来源:新华网)

怀念蝉

费城/文 苏享修/图

秋日里,一个静静的午后,房间里不知从哪里飞进来一只蝉。这只蝉,全身乌黑发亮,稀薄的羽翼上透着明媚的阳光。它扑打着翅膀,没头没脑地在我的房间里飞腾,最后落在我书桌前新栽的吊兰上。

这只蝉的到来,让我想起在乡下老家的日子。老家的屋后有片小树林,杂生着各种树木。每到盛夏时节,树冠像绿伞在屋顶上撑起,把细密的阳光筛落在重重树影间,整个老屋便掩映在浓密的树荫里。

那些潜伏在树枝和叶片缝隙间的蝉虫,早已拉开嗓门,吟唱着夏日的恋歌,我独自走在小树林里,仿佛置身于世界合唱的中心。

我心中揣测,小小的蝉儿如何会有如此嘹亮的歌喉?后来,我才知道,蝉的整个生命周期极其短暂。它们的大部分生命是在泥土深处度过的,直到盛夏,蝉的成虫才会挤破地表,爬到树上蜕壳吟唱。雄性蝉虫依靠腹体发声来吸引雌性蝉虫的注意,从而获取交配权。可见,小小的蝉虫是为了生命的延续而奋力高歌至力竭而亡。

 

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这只蝉的光临,勾起我对童年生活的无限怀念。我总觉得,蝉鸣与我的童年生活有着某种潜在的联系。在我的印象中,大约只要有绿色,就会有大片的蝉鸣。待到蝉鸣落尽的时候,树叶也在秋风的吹拂下枯黄,随后凋落。

如今,乡下老家所处的乡镇正在向周边的村屯扩展,新乡镇扩建在即。我家老屋附近的山坡早在几年前夷为平地,山坡上的树木也随之消失了。那些往年如期而至的蝉鸣现在已经少了许多。自从房屋四周的树木消失后,蝉也随着群体的迁徙而迷失了方向,已经找不到往年栖息的那些树干和叶子了。

现在,误入我屋子的这只蝉虫或许是飞累了,正安详地趴在我桌上那盆吊兰的细叶上,一动也不动。倏地,它又扑扇着翅膀飞了起来,紧接着重重地撞到了透明的玻璃窗上。  莫非这只蝉是为了寻找那片栖息的树叶而来?正在我出神的刹那,蝉儿已经不知去向。我想,它大概是通过窗户的缝隙飞了出去……  

又过了一段时间。一个清晨,我推开尘封已久的窗户,隐约感受到晨风中凛冽的寒意。然而,就在这个时候,我猛然看到窗台的狭缝里,正落着一只干枯的蝉衣,与我童年时代捡拾的蝉衣似乎别无二致。一瞬间,我怔住了。这不正是误闯入我房间的那只蝉吗?这哪里是一只蜕下的蝉衣,分明是一具风干的蝉的残骸! 

为了找寻那片丢失的绿色,小小的蝉虫竟为此付出了生命的代价。我为此感到震惊。在阵阵秋风中,我看到一只蝉的躯壳在瑟瑟的风中颤抖。它那透明的羽翼在阳光的照耀下折射出一片干净、璀璨的光芒。

我们每一个人的心中都渴望拥有一片绿洲,能够让自己的灵魂休息。蝉儿一定也渴望拥有一片绿洲,一个可供栖身、鸣唱的家园吧。
      
作者简介:费城,原名韦联成,1984年生。青年诗人。广西作协会员。作品见《诗刊》《诗选刊》《星星》《北京文学》等。现为媒体记者。

美丽的邂逅 有趣的探索—— 我和桂海木的故事

谢佩吾 文/图 

2009年4月,我与同组的师姐、师弟共三人结伴去广西采样。广西植物研究所的曹明老师安排了组里一位土生土长的广西小伙子给我们当向导,第一站便来到了融水县的三防镇。
在三防镇境内的九万山林场采样时,走在前面带路的向导小盘突然很开心的冲我们叫道:“快来看,好东西!”在他声音的感染下我们也不觉兴奋起来,快步走到他手指之处。只见溪边的一面长满青苔的石壁上散布着几株打着粉红色花苞的植物,它紧紧地贴着石壁生长,叶片有力的平行于石壁舒展,看不到茎,像是在伸着懒腰沐浴阳光一样。然而,它最吸引人的地方莫过于那相对于其他植物体来说,大而美丽的花朵,它们大约十几朵密集地簇生在一起,花冠细长管状,长约3cm,喉部略微扩大。我们都拿出相机换着角度拍照,而后才想起来讨论,这个美丽的植物到底是什么?

小盘很得意的说,这个是咱们中国特有,也是广西特有的珍稀濒危植物桂海木(Guihaiothamnus acaulis Lo)。一听这名字,我激动了,因为那时导师给我定的课题题目是《中国水锦树属的分类修订》。在做水锦树属的功课时我注意到了桂海木属跟水锦树属植物具有很近的亲缘关系,在《中国植物志》里,它们都是郎德木族植物在中国分布的代表。真是百闻不如见面,在书里看过那么多次它的墨线图,可到了野外还是没能认出它本尊。于是我赶紧拍照并采集三株作为标本。之后它随着我们辗转广西各地,十多天后跟我们一起回到了华南植物园。

回到办公室,导师张奠湘研究员来看我们的“出差成果”,照片翻到桂海木这部分时,张老师问我:“你看到桂海木的第一反应会觉得它的传粉者是什么?”我心里一惊,如果张老师不提出这个问题,我还真不会去思考,于是当下赶紧调动头脑里关于“传粉综合征”(pollination syndrome)的知识,将它们一一联系起来:细长花冠管+粉红色花冠≈蝶类传粉综合征。于是我答道:“很可能是蝶类传粉。”张老师说:“对,蝶类的可能性非常大,可你看看这些照片,这几张拍到了访花昆虫的全都没有看到蝴蝶的影子,倒是些蝇类或者蜂类。看照片你们拍照的时候天气不错,阳光也充足,如果蝶类是访花者,应该是会出现的。”张老师这么一说,我再回想,那天果然是在小溪边看到了有蝴蝶在飞舞,可在我们驻足的那段时间里是没有看到蝴蝶访花的。那么,是“传粉综合征”的预测能力在桂海木这儿失效了?

我想这会是个有意思的故事,于是再次收拾行装前往九万山林场,想看看这场经典理论与现实的较量结果会是什么。

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再次达到林场时,正值桂海木的盛花期。和师妹小唐立刻开展了一系列传粉生物学的基本观察和测量,比如花器官形态特征的观察、花蜜分泌量和花蜜糖含量等,并选择一些花苞和已经开放的花标记,进行开花物候、繁育系统(主要通过人工授粉实验实现)等检测。最后就是最重要的传粉生物学观察。第一天,我们早上5点多便出发上山,在预先选定的一个居群旁蹲点观察传粉昆虫。这时的桂海木大概还在美梦之中,标记的花苞一个都没有开放。渐渐的,东方开始泛白,太阳也开始露出微光。7点左右,我们看到一朵标记的花苞已经微微打开了,隐约能看到柱头,而此时,第一只访花昆虫也出现在我们的视野里。这是一只体型较小的纤细巴食蚜蝇(Baccha maculata Walker),它首先钻进了一朵在这之前已经开放了的花朵中寻觅花粉,它后肢撑在花被片上,前肢抱住花柱或者花药,舔舐散落在花柱上以及残留在花药中的花粉,它动作很轻很缓,在同一朵花里,这只小小的食蚜蝇停留了将近十分钟。这时,又飞来了一只形态不同的食蚜蝇——黑带食蚜蝇(Episyrphus sp.),这种食蚜蝇乍一看,像极了我们常见的蜜蜂,但它们最明显的区别就是蜜蜂有两对翅膀,而食蚜蝇只有一对,其后翅退化成了平衡棒。黑带食蚜蝇的耐心不如纤细巴食蚜蝇好,它围绕着花序不停的打转,在这朵花上嗅嗅那朵花上闻闻,这样折腾好大一会儿后才确定降落的目标。它访花时,同样将后肢停落在桂海木展开的花被片上,用前肢抱住花柱或花药舔舐花粉,如果“工作”进展顺利,它也会将后肢挪到柱头或者花柱上,更加深入地攫取花粉,大概3-5分钟后,它便离开,寻找下一个目标。


随着气温的逐渐升高,桂海木的花朵逐次开放,而访花昆虫也开始高频率的出现,这时又来了一种新的传粉昆虫——隧蜂(Halictus sp.),我和师妹戏称它为“闪电侠”,它会以迅雷不及掩耳之势出现在桂海木居群旁,又以迅雷不及掩耳之势钻进桂海木的花冠管里,不一会儿它便从花冠管中退出来,飞向下一个目标。这时,它的头部、躯干部和后肢上都沾满了花粉。这三种昆虫在访花过程中均接触到了柱头和花药,因此我们判断它们是桂海木的有效传粉者。10点到14点间,桂海木的花绽放得格外绚丽,之前犹抱琵琶半遮面的大花蕾们一个个都张开怀抱,迎接它们的访问者,并且三种传粉者出现的频率也越来越高,其中又以黑带食蚜蝇的个体数最多。在这期间,有不少的蝴蝶出现在我们周围,它们大多停落在溪边潮湿的石头上吸水休憩,偶尔会围绕旁边的石壁飞上几圈,有些甚至会顽皮地飞到我们靠石壁放着的捕虫网上,桂海木粉红色的花在石壁上显得那样突出,它们却没有多大兴趣似地,我们连着观察了四个晴天,只看到一只蝴蝶访花,它停落在桂海木伸展开的花瓣上,长长的口器探入花冠管中,大概是没有多少收获,扫兴地飞走了,没有表现出再尝试另一朵花的想法。接下来的十几天里,我们又进行了其它几项需要的检测和观察,然后带着照片和数据到了广州。为了确保真实性和准确性,我们在2010年的桂海木花期再次来到九万山,将所有野外的实验和观察又重复了一次。


将所有的实验和观察结果整理后,我们分析的重点就落在了桂海木的传粉者这一部分。众所周知,花是植物用以传宗接代的器官,颜色、形状及香气各异的花不仅吸引着人们的眼球,让我们为自然的创造力而折服,更吸引着不同的传粉昆虫,为获得访花报酬而辛勤劳动。传粉生物学研究的一个主要目的就是探讨花部特征对特定传粉媒介的适应,并确定传粉综合征,即植物为适应不同类型传粉媒介而产生的花部特征。


然而,传粉综合征的实用性也不断受到研究者的质疑,他们认为,传粉综合征的使用价值被夸大了。虽然对于传粉综合征的质疑和批评从未间断,但我们不能否认植物与其传粉者之间的互相适应是真实存在的,而传粉综合征这一概念为我们理解花部特征的多样化提供了一条很好的线索。因此,我们更应该关注的问题是,传粉者施加的选择压力在植物花部特征的维持和进化过程中究竟发挥了多大的作用,以及在使用传粉综合征来预测传粉者时我们应该考虑哪些问题等等。
桂海木的花所表现出来的特征,如花朵白天开放,花冠粉红色,花冠管细长喇叭状,花蜜深藏等,与经典的蝶类传粉综合征十分相近,但我们的观察结果表明,其真正的传粉者却是蝇类和蜂类。同时我们也注意到,蝶类虽然不是有效传粉者,但它偶尔的访花行为也表明它还是会被桂海木的花所吸引。我们野外测量的结果表明,桂海木的花蜜分泌量非常少,在盛开的花朵中几乎已经检测不到花蜜。有限的花蜜使蝴蝶记住了访花的结果,从而失去继续访花的兴趣。因此我们推测,以花蜜作为访花报酬的蝶类可能是桂海木最初的传粉者,或者说是对桂海木施加最大选择压力的那一类传粉者,而一些未知的历史原因(如气候的变化,环境的改变等)使得蝶类在桂海木的分布区内消失。失去了重要传粉者的桂海木为了吸引新的搭档,减少了花蜜的产量,将更多的能量用于生产花粉。发生如此变化的桂海木个体大受蜂类、蝇类这群体型小、口器短的访花者的欢迎,桂海木为它们提供大量的花粉作为食物,而它们也填补了桂海木传粉者这一职位的空缺,这样互惠互利的关系在桂海木群体和访花昆虫之间逐步稳定下来。


除了产生大量的花粉之外,桂海木还采取了其它不同的补偿机制来适应蝇类、蜂类的传粉并保证自身的生殖成功,如扩大的花冠管喉部以容纳传粉者采集花粉时向内钻的身躯、较长的花寿命以适应传粉者较低的访花效率和传粉效率等。同时,桂海木的这些特征也表明,它经历了或者正在经历一次“传粉者转换”。有研究人员指出,植物花的颜色和花冠管长度这两个特征会对传粉者转换产生滞后应答,那么也就不难理解为什么桂海木保持着适于蝶类传粉的形态特征,而其真正传粉者却是蝇类和蜂类了。


花的形态是由许多因素交织在一起共同决定的,而这些因素的改变往往会影响到植物对其传粉者的适应,正可谓:花儿也不可貌相。通过与花儿美丽的邂逅,我们展开了一系列有趣的探索,从而知道在使用传粉综合征来预测植物的传粉者时,我们应该更加谨慎,要将诸如花的形态、植物生存环境、历史事件等内在抑或外在的因素综合起来考虑。

作者简介:谢佩吾,女,博士,从事系统进化繁育生物学研究。
  

寄生植物:魔鬼还是天使?

罗亚皇 文/图

谈到寄生,你是否想到欧洲白果槲寄生(Viscum album)树下令人羡慕的浪漫爱情故事?是否想到北美处处危害美国黄松(Pinus ponderosa)甚至被称为“巫女扫帚”的矮寄生(Arceuthobium campylopodum)?又是否想到拥有世界上最大花朵的大王花(Rafflesia arnoldii)?也许对你来说,菟丝子(Cuscuta chinensis)更为熟悉,很多桑寄生科(Loranthaceae)植物你也许从未留意过。那么,寄生到底是四处危害的魔鬼还是浪漫的天使呢?其特殊性在什么地方?让我们一起拉开寄生植物的神奇面纱……


 寄生为何物?
寄生植物,是指部分或全部依赖于寄主生活的一类特殊的植被类型,通过特殊的结构—吸器,从寄主的木质部和韧皮部吸取水分和营养物质。全世界共有4200多种寄生植物,主要隶属于玄参科(Scrophulariaceae) ,桑寄生科( Loranthaceae )、檀香科( Santalaceae )、槲寄生科( Viscaceae ) 和菟丝子科(Cuscutaceae)等。根据寄生于寄主位置的不同可将其分为根寄生和茎寄生,若根据寄生植物与寄主的关系、依赖程度或获取寄主营养成分的不同,可分为全寄生植物和半寄生植物。

 与桑寄生结缘
硕士阶段,开始选择自己感兴趣的研究方向时,我脑海中忽然浮现出了童年经常攀爬的那几棵梨树,随着自己慢慢长大,发现树上结的果实越来越少了,匆匆跑回家问父母才知道原来是梨树上长满了一种叫“寄生草”的植物。那时候无奈的自己只好呆呆坐在树下看着鸟儿在被寄生了梨树上面飞来飞去,束手无策,后来父母手持镰刀、爬上树顶去除寄生草后,第二年梨树又重新挂满了果,我打心眼里高兴,自那以后,“寄生草”像谜一般深深烙在我的记忆深处。因此,硕士论文选题我毅然选择了曾经让我困惑不已的寄生植物作为研究对象。


桑寄生(mistletoe)是一类以茎寄生为主的半性寄生植物,自身进行光合作用的同时还需从寄主获取水分和营养物质。桑寄生植物全世界1300多种,主要包括桑寄生科、槲寄生科及羽毛果科(Misodendraceae)、房底珠科(Eremolepidaceae)和部分檀香科(Santalaceae)植物,其中桑寄生科植物约940种,槲寄生科植物约350种,占总数的98%以上,这两科最简单的区别在于:槲寄生科植物形态具有明显的节与节间,而桑寄生科植物没有。在西双版纳地区桑寄生共有16种,3个变种,其中五蕊寄生(Dendrophthoe pentandra),澜沧江寄生(Scurrula chingii var. yunnanensis),五瓣寄生(Helixanthera parasitica)及瘤果槲寄生(Viscum ovalifolium)较为常见。桑寄生也是一种很好的药用资源,具有补肝肾、强筋骨、祛风湿及治疗心脑血管病和癌症等疗效和功能。

 了解生存之道
一开始,我查阅相关文献,了解到许多热带和亚热带的桑寄生植物利用大而艳丽的花、且富含糖类的花蜜作为犒劳,吸引着各种鸟类和昆虫为其传粉。而在非洲、印度、新几内亚岛、南美以及澳大利亚等很多研究发现桑寄生植物开花过程需要鸟类辅助才能将花冠管打开,由此可见,桑寄生植物与传粉鸟类之间是互惠的关系,生物学上称之为“协同进化”。

后来,我在西双版纳进行野外观察,发现桑寄生植物不仅盛开大而艳丽的花,还结满了绚丽且富有营养的果实,这就吸引着很多鸟类心甘情愿为其担任后代的搬运工——即进行种子散布。通常,鸟类通过粪便或回吐等方式将桑寄生的种子散布于寄主植物的枝条上,种子经过萌发,产生吸器,就会穿透寄主枝条,最后依靠寄主的水分和营养物质茁壮成长。桑寄生的特殊性在于不仅要有适合其散布的种子散布者,还要求有适合其生长的寄主枝条,因此桑寄生植物能正常生活下来会受到鸟类、寄主和环境的三重压力,这是极其不容易的。

天使魔鬼二象性
和很多寄生植物一样,桑寄生通常对单个寄主植物造成负面的影响,甚至威胁着寄主的生命。
然而,很多研究表明桑寄生在群落中具有正效应,一方面其叶片具有很高的氮含量,很多昆虫的幼虫和哺乳类动物偏好取食桑寄生的叶片,另一方面在温带地区冬季食物极其缺乏时,桑寄生植物富含营养的果实为鸟类供给了食物资源,甚至为有些温带地区冬季鸟类的筑巢提供了材料。因此,桑寄生不仅可以增加群落的物种多样性(如鸟类的多样性、昆虫的多样性及凋落物的多样性),而且对改善群落的结构和动态也具有积极的作用。

所以说,桑寄生对其赖以生长的寄主扮演着魔鬼的角色,但是对整个植物群落来讲,它却扮演者天使的角色,这也许就是寄生世界中“舍小家而利大家”的真实写照吧。

我们关注什么?
桑寄生将环境、寄主、传粉者和种子散布者四者紧密地联系在一起:桑寄生的空间分布不仅受到种子散布者生活习性的影响,还与植物群落中可利用的寄主的空间分布位置和环境因素密切相关,况且不同桑寄生对寄主的利用能力不同,所以,桑寄生在空间的种子散布和可利用寄主的特征成为了目前科学研究的热点之一,国外相关的研究报道很多,但是主要集中于相对矮小的灌丛群落中,在中国相关的研究非常稀少,尤其是在物种及其丰富的热带地区研究更是微乎其微,因此,在西双版纳地区,我们关注不同桑寄生在不同植物群落中的分布格局,以及造成这种分布格局的种子散布过程和寄主特性的差异性的原因,相关的研究正在开展和探讨中。


作者简介:罗亚皇:男,在读博士,硕士主要从事桑寄生植物的繁殖生态学研究。