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2020 年 12 月 15 日 星期 放大 缩小 默认  
科学中国

植物化身“变色龙”

赵汉斌

    梭砂贝母体色会逐渐改变,与周围灰褐色石头“浑然一体”。

  在生存竞争中,动物进化出了伪装本领。那么植物会不会伪装?什么情况下会伪装?

  达尔文进化论观点的来源——“自然选择”理论提出者、英国博物学家、探险家和生物学家华莱士,曾认为植物几乎不会“隐藏自己的需求”。但近年来,随着色彩测量技术、动物感官和其他相关领域的研究不断取得进展,人们重新燃起了对生物色彩这一经典进化生物学话题的热情。在动物研究之外,科学家们发现的不少证据显示,植物也可能利用各种伪装策略来防御天敌。

  植物伪装为“骗”谁

  我们对生物色彩在防御功能方面的认识几乎都来自动物,被写入教科书的经典概念如伪装、警戒、拟态等,几乎都以动物为案例。不过,近年来越来越多的证据表明,这些令人着迷的概念并不是动物的专利。

  从2012年起,研究人员在做青藏高原-喜马拉雅植物多样性形成与演变研究时,开始关注伪装植物。他们从高山上的紫堇属植物着手研究,注意到很多当地人采挖贝母,有时甚至会向游客推销刚采挖的鳞茎。它的鳞茎含植物碱贝母素丁,是药材贝母的来源。

  在一些群体中,梭砂贝母呈现常见的绿色,而在另一些群体中,它们则与背景融为一体,大多显出灰褐色,非常隐蔽。研究人员起初推测,与囊距紫堇相似,这种伪装可能也是在应对食草动物的防御策略。但在多地经过长达数年的观察,他们并没有发现动物取食梭砂贝母的明显证据。

  由于体内富含生物碱,贝母属植物具有很强的化学防御,在一定程度上抵御了动物取食,那梭砂贝母为何要伪装?后来,他们才意识到,梭砂贝母的地下鳞茎长期遭到大量采挖,而这种采挖本身,有可能对梭砂贝母产生强烈的选择压力。这也意味着梭砂贝母的伪装,可能与人类有关。

  植物伪装竟有“妙招”

  为了进一步搞清这一猜想,研究团队作了更深入的研究,他们比较了动植物伪装策略进化的差异,推测了影响植物伪装进化的要素,这不仅是一个让人着迷的话题,更关系到人类与植物未来的关系和命运。

  作为一味常用的中药材,人类利用贝母已经有2000年的历史,当代大规模采挖的历史超过80年。为了评估每个群体遭受的采挖强度,研究人员从川滇一带基层药商那里得到了过去6年间梭砂贝母干品总量数据,并估算出每个群体单粒贝母鳞茎的干重。他们惊讶地发现,要获得1千克干燥鳞茎,意味着要挖掉3000株以上的贝母。这样的选择压力非同小可。通过样方统计和分布面积评估,他们发现采集强度越大的地方,贝母伪装也越好。

  背景匹配是利用自身色彩融入背景,让采挖者难以发现,实现伪装。从实际经验看,越是难以采集的群体,植株伪装越好,与周围灰褐色的石头“浑然一体”;越是容易采挖的植株,越会“大模大样”地保持通体透绿的本色。

  伪装本领在进化

  梭砂贝母的体色与生存有显著的相关性,伪装增加了它们的生存概率。然而,“变色”的过程,仍有诸多有趣的自然之谜。

  光、眼、物三者之间的关系,影响着人类对色彩的识别。伪装色由花青素和叶绿素共同造成,色素变异相对简单,但不同群居的梭砂贝母,如何细微调整色素的比例,保持足以乱真的色调,仍有待探究。

  而伪装植物多个色型在光合作用以及对昆虫等传粉者的吸引力上却没有显著差别,但在非光合色素合成等资源消耗成本,以及不同背景下不同功能间干扰的光合效率和设计成本究竟有哪些变化,对研究植物的选择进化来说,还值得去细究。

  此外,植物的根基不能移动,这意味着即使拥有伪装,与动物相比其防御效果也要大打折扣,因为天敌将有更多机会通过其他线索和反复学习来定位这些不能动的目标。动物主动选择最佳的藏身地点这样的本领,也难以被植物掌握。

  这些研究表明,人类正在以自己都无法预见的活动方式影响野生生物的进化。至于人类还在其他哪些领域影响环境,仍有待探索。

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