柔弱的植物是如何變成愛吃肉的綠色獵手

知新了了 發佈 2020-06-03T20:11:49+00:00

其中一種植物,是大家熟悉的「捕蠅草」,它生長在北美洲的濕地中,它的形象影響了《口袋妖怪》的角色設計,還會出現在各種動漫節目中,甚至還啟發了一部百老匯戲劇。



不管你相不相信,肉食性植物絕對是「地球上最熟練的綠色獵人」。到底是什麼促使它們轉變口味,喜歡上吃肉了呢?

大約7000萬年前,當恐龍還在地球上遊蕩的時候,一種基因異常讓一些植物變成了「食肉動物」。科學家們研究發現,這在一定程度上是通過一種隱秘的技巧實現的:重新利用原本用於它們的根和葉的基因,使它們用來捕捉獵物。

實際上,在這些非食肉的植物花費數千萬年的時間,轉變成飢餓的「食肉動物」的歷程中,轉變基因只是關鍵的三個步驟中的一個。

肉食的轉變給這些植物帶來了許多優勢。科學家告訴我們,食肉植物通過捕獲和消化營養豐富的動物獵物,使它們能夠在營養貧瘠的土壤中茁壯成長,從而扭轉了生存局面。

為了研究肉食植物是如何進化的,由德國維爾茨堡大學的植物學家和生物學家組成的國際團隊,比較了三種現代肉食植物的基因組和解剖結構。

自然界中的食肉植物有數百種之多,但研究人員只選擇了三種相關的食蟲植物,它們都是茅膏菜科(Droseraceae)的成員。研究人員說,這三種植物都利用運動來捕捉獵物。



其中一種植物,是大家熟悉的「捕蠅草(Dionaea muscipula)」,它生長在北美洲的濕地中,它的形象影響了《口袋妖怪》的角色設計,還會出現在各種動漫節目中,甚至還啟發了一部百老匯戲劇。與之密切相關的浮水草本植物「貉藻(Aldrovanda vesiculosa)」幾乎占據了每個大陸的水域。它有細長的水下襟翼,可以迅速將毫無防備的水中動物裹住。第三種被調查的植物,是美麗但致命的茅膏菜(Drosera spatulata),它在澳大利亞很常見。它會用甜味引誘獵物,捕獵時,茅膏菜捲成一條粘粘的條狀纏繞在獵物周圍。



在分析了這些植物之後,研究小組發現了通向肉食喜好的三步過程。首先,大約7000萬年前,三種現代肉食植物的早期非肉食性祖先經歷了全基因組複製,產生了其整個DNA或基因組的第二個副本。這種複製釋放了葉和根基因的一個拷貝,使其多樣化,使它們能夠發揮其他功能。一些葉子基因發育成誘捕基因,而肉食性營養和吸收過程則由基因引導,否則這些基因就會服務於從土壤中尋求營養的根。



當植物開始從獵物那裡獲得新的營養時,它們走向肉食之旅的第二步就開始了。在這一點上,傳統的樹葉和樹根不再是必要的。許多與肉食營養無關的基因開始消失。例如,浮水草本植物「貉藻」的幼苗獲得了早期的原根,但當它們成熟時,它就不能發育了。這是曾經是根系的唯一殘留物。研究人員說,由於丟失了這個基因和其他基因,這項研究中觀察到的三種植物是迄今為止基因最貧乏的植物。

2013年,其他科學家小組的兩項早期研究顯示,其他食肉植物也發現有類似的基因缺陷。他們發現,除了南極洲之外,所有大陸上都生長著一種水生球囊植物,以及原產於巴西的一種螺旋狀地被植物,與非食肉植物相比,它們的基因組都非常小。這項新研究的研究人員說,這些食肉植物可能也經歷了同樣的基因脫落過程。

在向肉食性轉變的第三步中,植物經歷了特定於其環境的進化變化。研究人員發現,樹根和樹葉進化成了陷阱特異性。曾經用於從土壤中尋找和吸收養分的根系基因,現在被徵用來產生消化和吸收獵物養分所需的酶。曾經在分泌花蜜的腺體中用來吸引授粉昆蟲的基因,被召喚到陷阱中,在那裡它們產生物質用來吸引獵物。

實際上,大多數有葉和根的植物都含有成為肉食植物所必需的物質。研究人員表示,這項新研究揭示的三個步驟清晰的表明,隨著時間的推移,古老的「非肉食性植物是如何進化成地球上最熟練的綠色獵人的」。



如果朋友們喜歡,敬請關注「知新了了」!

關鍵字: