今日话题提起植物,孩提时知道它们都有绿色的叶,缤纷的花。上了学后,知道绿叶里含有叶绿素,可以光合作用制造养料和氧气。可偏偏有些植物不走寻常路,它们居然不长一片绿叶,没有叶绿素,也不进行光合作用,它们是如何生存的呢?
猎物不来不发芽
春天,几乎所有植物的种子都竞相发芽,准备开启新的生命轮回。而菟丝子和独脚金的种子却没那么着急,它们有着足够的耐心。如果不能确定周围有可以依靠的“大款”,它们会觉得前途未卜、生死难料,此时选择隐忍(植物学上称为休眠)才是最佳策略,这种隐忍甚至可惊人的长达数十年。科学家叫这类植物为“寄生植物”。通常情况下,植物的根部会释放一些代谢物质扩散在土壤中,菟丝子的种子一旦接触到这些化学物质,便可确定邻近有主可依了,条件合适就毫不犹豫的立即开始萌发。
黄色菟丝子寄生在构树上,拍摄于湖南株州
菟丝子的芽伸出地表后,胚内的营养物质给了幼苗大约六天的时间去找到寄主。你也许会担心它们找不到邻近的寄主会饿死,然而事实却相反,它们对农业的严重危害已足以表明其生命力之强盛。那它们是怎样找到目标的呢,没有眼睛,靠的是随机的碰运气,还是目标明确地生长呢?
精确定位傍大款
为了弄清楚菟丝子如何定位寄主,美国宾州州立大学的昆虫学家设置了一些有趣的实验:在菟丝子的一侧放着番茄,另一侧放形态类似的假植物,结果发现菟丝子从来不曾理会假植物,总是朝向放着真番茄的这边头也不回地生长。并且,在黑暗条件下也是如此,看来菟丝子拥有灵敏的嗅觉,是被番茄的气味所吸引的。为了验证这一点,昆虫学家把番茄茎的提取物涂在棉签上,然后绑在一根小木棍上,放在菟丝子一侧;另一侧的木棍上,则绑上涂有提取溶剂—-酒精的棉签。正如预测的一样,菟丝子仍然只往涂有提取物的一侧生长。
菟丝子开花结果,寄主植物绿叶枯萎
当然,菟丝子也不是什么植物都喜欢,它有自己的偏好,就是靠这样的“嗅觉”寻到属于自己的那份菜。当成功的“抓到”猎物,菟丝子便会缠绕在它们的枝干上,把微小的突起刺入寄主,穿过输送含糖汁液的韧皮部,然后坐拥金山,藤蔓伸展,铺张如网一般盖在寄主枝头,开花结籽,欣欣向荣。
不劳而获套路深
看起来,它们的存在对于寄主毫无益处,这是一场损人利己的游戏。在农业上,它们被视为恶性杂草,据估计,每年因寄生植物的侵袭造成了数十亿美元的减产。像菟丝子一样直接寄生在植物体表的植物有很多,比如樟科的无根藤属约20种植物都是如此,主要分布在澳洲和非洲,中国境内只有一种无根藤,南方称无头草,形状与菟丝子相近。
科学家认为像菟丝子这样的寄生植物是从自养的绿色植物进化而来,那又是怎样的契机让它们毫无顾忌地抛弃了叶绿体,选择了不劳而获的生活方式呢。
列当科植物肉苁蓉
列当科植物约有二百个种都是寄生植物,从半寄生到全寄生的都有,是研究寄生植物演化最热门的对象。每年列当科的寄生植物就给欧洲农业带来至少20%的减产,严重的群体侵袭时甚至会导致庄稼绝收。它们大都是根部寄生,从外观上看貎似独立的从土壤中长出来,几乎看不出它们的寄生特性,这点与菟丝子直接攀附不同,但寄生的机理是一样的。
经过多年的研究发现,对于寄生植物来说,形成一个可以牢固地附着于寄主并汲取营养物质的器官,是达成寄生关系的关键一步,这个器官只有寄生植物才有,叫做吸器。吸器由一些侵入细胞构成,之所以有超常的侵入能力,是因为它们能够分泌可以催化分解植物细胞壁的酶——纤维素酶和果胶酶,拥有这样的有力武器,吸器就如一把利剑,一步一步地扎入,可深入到木质部。一旦造好了这条营养物质和水分的输送管道,寄生植物们就练成吸星大法,有了繁荣昌盛资源保障。
捧成仙药被猎取
大可不必鄙视这种坐享其成的行为,这实际上意味着它们已经进化出了更高效的获取资源的能力。想想动物和人不就是这样利用现成的有机物生存的吗,而动物比植物获取能量的效率要高多了。这个时候,叶绿体对它们来说就实属多余了,于是,只留下少量的叶绿体(半寄生植物),甚至会将它完全抛弃(全寄生植物),也就是情理之中的事情了,植株也不再是绿色。春夏天在野外观察时,如果发现了某种有点奇特的植物,整个植株是黄绿色或者其它非绿的颜色,比如红色,黄色等,可以估测是寄生植物。算起来,自然界中寄生植物并不罕见,据估计占植物总数的百分之一有余,从南至北均有分布。
寄生植物锁阳,拍摄于内蒙古库布其沙漠
被厂商吹捧成沙漠人参的肉苁蓉就是其中之一,由于古籍中记载其有补肾益精的功用,在现代商业炮制下,大有成为壮阳神药的趋势。既然有这等“神奇的效果”,那么它的结局自然可以预见,以至现在已成为了国家保护植物。
为什么要保护一种寄生植物,它又没有大熊猫那么可爱?因为生物的多样性对于地球上的所有生物来说太重要了,也是人类赖以生存的基础,它们和大熊猫在生物界存在的意义是一样的,我们不应该以人类为中心去衡量某一物种的重要程度。由此不免让人唏嘘,商家哪天也来挖掘和宣传同为寄生植物菟丝子、列当有保健功能,只怕到时候,菟丝子们也会遭遇类似的命运。
转移基因有玄机
年5月的《Science》杂志上发表了一篇日本科学家的研究文章,称首次发现寄主的核基因转移到了寄生植物中,也就是说寄生植物不仅无条件地窃取了营养物质,竟然还从寄主体内偷走了基因。这一研究提示,遗传物质的转移在植物的进化中起了很大作用,这不就是天然的“转基因”嘛。最近几年,有更多的研究发现了遗传物质在菟丝子等寄生植物与寄主之间转移,寄主与寄生物之间有着难以厘清的共同进化。真可谓你中有我,我中有你。
值得一提的是,一些人声称现代转基因技术违背了自然规律,这种生物的遗传物质怎么可以注入那种生物体内呢,真是逆天呀,所以,转基因食品肯定不安全。其实自然界广泛地存在着物种之间的基因交流,比如人体内的微生物和人就发生着大量的基因转移。转基因技术并不是想象的那样从根本上违背了自然规律,反而,恰恰是理性的利用了自然规律而已,而人类的进步,就是伴随着不断的发现和利用自然规律来改造世界实现的。科学家研究寄生植物的习性,利用它们的进化和生长规律,可以有效地降低它们对农作物的负面影响,或者有效的保护它们免遭非正常灭绝,让人们满足发展的同时又最低程度的破坏环境,这不也是人类文明进步中的一跬步吗。
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