科技日报记者 赵汉斌
(资料图片)
一种濒危的蛇菰属植物,其生命周期中的关键环节,竟然源自另一种濒危物种——奄美兔。近日,一则新研究报道,赫然登上美国《科学新闻》网站等媒体的显著位置。
植物因利用阳光的能量而生长。这种经过转换的能量又被动物利用,因而植物在地球生物圈中扮演着至关重要的角色,支持了几乎所有的食物链。无数事实和科学研究表明,在生命长期演化过程中,植物和动物之间,还形成互惠互利甚至是协同演化的关系,如蜂鸟专爱花蜜,考拉钟情于桉树叶,野外大熊猫离不开竹子。
与此同时,植物的生存繁衍,也离不开动物,尤其是在传粉与种子传播过程中,动物的作用功不可没,二者甚至互为生存繁衍的基石。像奄美兔这种动物传播植物种子的现象,在自然界并非孤例。
兔子不止吃草,也会传播植物种子
奄美兔,又名琉球兔、奄美短耳兔、奄美黑野兔,是一种只分布在日本奄美大岛及德之岛的植食性原始兔,在茂密森林间栖息,昼伏夜出。它们是亚洲大陆古代兔的遗族,被称为活化石。在世界自然保护联盟红色名录中,被列为“濒危(EN)”级别,尚存于野外的数量不足5000只。
由于奄美兔数量稀少,它们的生活一直是个谜。为揭示这种植食性原始兔濒危的原因,日本的一个研究小组,前往这些亚热带岛屿收集其粪便,竟从中发现了仍有可能生长的蛇菰属种子。原来,奄美兔通过吞下这种种子,并把它们排泄到其他地方,扮演了种子散播者的角色。
而蛇菰属是濒危的寄生植物,没有叶绿素,因此不能利用光合作用来为自己制造食物。它们从寄主植物那里吸取能量。这意味着,种子散播是其生命周期中的主要时点,而种子的最终去向也很重要。
日本神户大学的生物学家末次健司介绍,最先注意到处于濒危状态奄美兔会啃食一种本土蛇菰属果实的,是岛上的居民。随后奄美兔会在地下洞穴中排便,这可能让种子散播到蛇菰属宿主的根部附近,因而奄美兔很可能在蛇菰属及其宿主之间建立了重要联系。其间的诸多问题还有待进一步研究。
在人们的认知中,兔子一般喜欢吃植物的营养组织,如叶和茎。因此,并没有注意到兔子能对散播种子起到多大作用,因为种子往往存在于肉质果实中。
对多数植物来说,种子或孢子散播的过程很简单,只要时机一到,便“瓜熟蒂落”掉落到适宜的地面上即可。但有的植物为能更广泛、持久地传播,演化出让种子“搭便车”的特异功能,搭载的媒介包括风、水、鸟类、昆虫、哺乳动物乃至人类。如蒲公英借风力把带“降落伞”的种子传到遥远的地方;鬼针草和苍耳会把成串的种子死死勾连在人的衣服、动物皮毛上,到更远的地方落地生根。
有的种子甚至需要经过动物的消化道,再排泄到离母本植株千里之外的地方。与此同时,粪便中的水分以及未被完全消化吸收的营养成分,还会给种子提供良好的萌发条件——为了延续基因,植物可谓是煞费苦心。
延续基因,动植物有协同之道
生物多样性使地球充满生机,是人类生存和发展的基础。因此,保护生物多样性也显得更为紧迫。
在我国,科研工作者发现类似动植物互利共生的报道,可谓不胜枚举。除了传播种子,动物帮助授粉,也是有花植物生存策略中不可或缺的一环。
在美丽的云南西双版纳,特殊的地理位置,复杂的地形地貌和独特的气候环境,孕育了当地的生物多样性。在密林中,善于隐藏自己花朵的榕树,与专爱榕树花朵的榕小蜂,是一对典型的跨界“伴侣”。
在中国科学院西双版纳热带植物园的榕树园,几代科研人员收集了榕树100多种、榕小蜂200多种。“榕树都有花,打开它的‘果实’,就可以看到花。榕树把花隐藏起来,就是专门吸引榕小蜂为它传粉,这是它们共同的生存策略。”中国科学院西双版纳热带植物园研究员彭艳琼介绍。
榕小蜂是榕树的唯一传粉者,榕树必须依靠榕小蜂授粉才能获得有性繁殖,使其物种得以延续;榕小蜂专门为榕树传粉,榕树为榕小蜂提供繁殖和栖息的场所。世界上大约有750种榕树,每种榕树都有一种特定的授粉榕小蜂进行授粉。据英国科学家对古代化石的研究,二者之间互惠互利、协同进化的“亲密缘分”,已存续3400万年以上。
除了“榕树-榕小蜂”,“蚂蚁-金合欢”“丝兰-丝兰蛾”等也是专性协同演化的经典组合。而传统药用植物大百部传播种子的故事也值得说道。
大百部杀虫、止咳润肺的功效已得到验证。但长期以来,人们对其种子传播的机制并不十分清楚。直到不久前,我国科学家在进行植物调查时,才破解了这一秘密。
中科院昆明植物研究所研究员孙卫邦等人发现,在自然生境及植物园人工栽培条件下,爱“吃肉”的胡蜂,会取食和传播气味与形状都极似昆虫的大百部蒴果。大百部油质体在模拟昆虫血淋巴的同时,释放的嗅觉线索是维持胡蜂和大百部传播体关系的重要信号。
胡蜂以之字形的飞行轨迹靠近大百部传播体,当距离约10厘米时,胡蜂会向“猎物”猛扑,然后花费几分钟时间,咬掉携带油质体的种子。丢弃的种子就落到地面上,被觅食的蚂蚁二次传播。胡蜂和蚂蚁得到了食物,大百部传播了种子,皆大欢喜。
“研究揭示胡蜂在大百部种子传播过程中扮演长距离传播的角色。探索这些不常见的种子传播策略,可帮助人们深入了解复杂的动植物互惠关系。”孙卫邦说,胡蜂和蚂蚁协作传播大百部种子的行为,可用来解释这个物种目前的分布格局。
关键词: