王大虎

王大虎: 像动物一样行动的植物

王大虎

我们需要带着另一个疑问,就是植物会思考吗?

一些植物具有动物性的反映,比如食虫草。世界有675种以上的食虫植物,其中许多都采用守株待兔的捕食方式。

捕蝇草拥有最富动感的反射诱捕机制,它们主要以甲虫、蜘蛛、蚂蚁和蝗虫为食。这种植物的表面有很多X,允许小型飞行昆虫逃跑,因为小型动物所含的营养物不足以补充捕猎时耗费的能量。捕蝇草张开时,陷阱的裂片凸起,用看似X的粉红色果肉引诱昆虫。当表面的细毛受到X,陷阱便会关闭,形成一个凹面囚笼,如果猎物挣扎,裂片便会将它们夹得更紧。封闭的陷阱好似一个胃,慢慢消化猎物。维纳斯捕蝇草偶尔也会捕食青蛙等体型较大的猎物。

捕蝇草的细小绒毛被碰触两次,便会“啪”地一声突然关闭,遇到虫子时候所需时间可以达到0.1秒,或者更短。食虫草大部分营养依靠的是吃动物,而不是本身的依靠叶绿素或者土壤里的营养。

 

图063 捕蝇草(图片来源:微图网)

茅膏菜对小虫有反映,但是却对水滴视而不见,即便是从极高的地方落下的水滴也是如此。经过多年研究,亚拉巴马州奥克伍德大学的亚历山大·沃尔科夫认为自己破解了捕蝇草的秘密:“这是株电动植物。”昆虫蹭上捕蝇草叶子的一根绒毛时,这一动作就产生一枚电荷,电荷在叶面组织内聚集,但还不足以激发其闭合,如此一来就可避免捕蝇草对雨滴之类的假警报发生反应。而运动中的昆虫则很有可能再次触动另一根绒毛,从而增加电荷量,导致叶面关闭。

狸藻能够开出可爱的小黄花并伸X面,从外表上看,它们就是普通的水生植物,但普通的外表外,它们也能设置复杂的陷阱,捕获蝌蚪等动物。狸藻的茎干很长,通常没入池塘或者躺在沼泽地上。在茎干上,它们会设置袋子状的小陷阱,它把水从小巧的气囊内排出,降低内部气压。水蚤或其他小虫游过时,碰弯气囊上的触毛,开启瓣膜,低压作用把水吸进,猎物也顺流而入,0.05秒的时间内,门户重新闭合,之后气囊内的细胞再次开始向外排水,形成新的真空环境。

 

图064 狸藻(图片来源:X百科,上图CC BY 2.5 作者:Ch.Andrew.下图CC-BY-3.0-cz 作者:Michal Rube. )

这种诱捕方式能够捕获体型较大的猎物。捕到蝌蚪之后,狸藻会从尾巴开始享受,一点点将蝌蚪消灭光。除了蝌蚪外,蚊子幼虫、线虫和水蚤也都被写进它们的食谱。狸藻的足迹遍布世界各地的X环境,有时也能在南美雨林X的树皮上发现它们的踪迹。

科学家发现一种令人惊讶的植物能在短短400毫秒内捕捉到蝇虫,认为这是迄今植物世界中最快、最奇特的陷阱结构。

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这种被称为植物世界中最无情的杀手的毛毡苔(glandúlìgera)来自澳大利亚。德国科学家使用高速相机记录了这种毛毡苔植物的活动,研究人员通过研究发现一旦猎物落在叶片上,毛毡苔那非常敏感的触须能够弹X触须,触须在400毫秒内将猎物弹X“粘性陷阱”,触须将昆虫猎物快速地推至粘性叶片后,昆虫将无法逃脱,后粘性触须逐渐移动猎物至叶片陷阱,叶片凹面的一种生化酶把昆虫消化成营养液,从而为植物提供养份。科学家观测这种植物之后强调称,这可能是植物世界中最快的捕食策略。

 

图065 研究人员首次观测到glandúlìgera毛毡苔使用触须将猎物弹X“X陷阱”(图片及参考资料来源:《肉食植物触须瞬间弹射猎物至“X陷阱”》腾讯科学,悠悠/编译,2012年10月4日)

然而研究人员不太清楚外部触须的工作原理,植物并不具有肌肉组织,但科学家认为这种植物中的水份移动将使一些细胞X,一些细胞收缩,形成一种初级的液压机制,每个触须仅能弹射一次,之后会重新长出新的叶片和触须。昆虫猎物弹射至植物中心位置,有助于增强消化昆虫,预防其他掠食者抢走猎物。

来自英格兰拉夫堡大学的研究人员发现,一种分布于北欧的名为毛毡苔(茅膏菜)的食肉植物好像因为人类产生的污染,也开始成为素食者了。由于人类化石燃料的燃烧使土壤中的含氮量增高,这样它们就无需通过捕获昆虫来获得生存所必需的营养了。

 

图066 人类造成的环境污染迫使食肉植物吃素(图片来源:微图网)

研究人员发现它们的黏性正在减弱,这将削弱他们捕获昆虫的能力,颜色也正在从吸引昆虫的微红色向有利于光合作用的绿色悄悄转变。这种植物从根部获得了越来越多的氮元素的同时,也在主动限制其捕虫行为。研究人员指出,这种植物由于进化出捕虫结构本身需要消耗很大的能量,因此当肉食不再成为必需品的时候,它们就会相应缩减肉类饮食。

这好像是植物有意识的一种适应行为,当植物像动物一样敏捷捕食动物的时候,我们应该给予这些植物以动物的部分地位,甚至我们完全可以设想这些植物是能够思维的,在它们的量子结构里,它们一直也在快速的对环境像动物一样行动、感觉,甚至思维。

许多食虫植物具有特殊的腺体用来分泌强效消化酶,穿透昆虫甲壳,吸取猎物体内的养分。生活在北美大沼泽和贫瘠沙地的紫瓶子草却利用其他生物帮它消化食物。这种植物体内分布着一个由蚊子幼虫、小飞虫、原生物和细菌组成的生态链,其中许多物种只能在这种环境中才能生存。动物把落入瓶内的猎物分解,小一些的生物以碎屑为食,而瓶子草再从这场盛宴的X物中吸取养分,植物再把氧气排入瓶内,给养里面的昆虫,形成一个紧密的循环系统。

 

图067 猪笼草(图片来源:微图网)

 

图068 蚂蚁们可以消化猪笼草未消化的昆虫残骸,并向植物提供氮(图片及参考资料来源:《神奇食肉植物用蚂蚁军团充当“消化系统”》腾讯科技,悠悠/编译,2012年05月12日)

猪笼草的气味在虫子闻来甘甜无比,但它滑溜的表面却很容易让猎物跌入它的虎口。

猪笼草采用另一种战术,长出长长的瓶状叶片,等待虫儿跌入。最大的瓶深达一尺,能消灭一整只青蛙,甚至是栽进来的老鼠。

科学家在X婆罗洲发现一种奇特的猪笼草,聪明的方式处理食物,当它吞食一个体积过大的苍蝇或者更大的猎物时,它依靠一支蚂蚁充当自己的第二个胃组织,来帮助它消化食物残渣。这种动物和植物之间的默契合作关系非常有意思,没有蚂蚁咀嚼食物残渣以及X粪便,猪笼草就会逐渐枯萎,甚至死亡。

一般猪笼草植物具有较大、光滑的边缘,没有立足点,昆虫很容易滑入液体池,溺死并等待植物的消化。目前科学家发现的二齿猪笼草(Nepenthes Bicalcarata)具有较少的光滑边缘,是唯一使用蚂蚁帮助消化的植物。一个品种的蚂蚁栖息在该猪笼草底部的并从猪笼草边缘滴下的花蜜。猪笼草如何没有蚂蚁军团的帮助,将处于虚弱的健康状态。猪笼草42%的氮供给来自于数以千计蚂蚁X的动物残骸,而拥有较大蚂蚁军团的猪笼草76%的氮供给依赖于蚂蚁。

科学家给猪笼草多喂食小虫,它就长得更大,食虫植物在把阳光转化为组织的过程中效率极低,猪笼草或者捕蝇草等无法进行大量光合作用。

科学家发现植物吃植物现象:动物吃动物比较正常,食虫植物吃动物这种现象也不足为奇,不过,植物吃植物就是生物界的奇观了。但最新研究显示,一种绿藻就有“吃掉”其他植物的本领。通常,只有蠕虫、细菌和真菌能消化植物中的纤维素,并将其作为用于生长和生存的碳源。德国比勒费尔德大学的研究人员2012年11月20日在《自然·通信》上发表文章表明,一种名为“莱氏衣藻”的绿藻单细胞生物不仅可像普通植物一样进行光合作用,还可消化其他植物的纤维素作为自己的能量来源。研究人员将“莱氏衣藻”放入一个低碳环境中观察,结果发现,莱氏衣藻会从周边的植物纤维素中获取能源,在这一过程中,它可释放出“消化”纤维素的酶,将纤维素这种大分子多糖物质分解为更小的糖,这些糖最后被运送至细胞内,转化为能量源。参与研究的奥拉夫·克鲁泽教授说,在植物中发现这一现象尚属首次,并且藻类能消化纤维素这一现象本身就有悖于传统认知,“某种程度上讲,这是植物在吃植物”。

当然,更奇怪的是动物与植物会为同一种食物展开激烈争夺。美国研究人员发现,食虫植物茅膏菜和狼蛛的饮食结构存在高度重叠。一旦食物变得稀缺,狼蛛就会编织,以便更大提高捕获猎物的几率,但这影响到茅膏菜的健康。

传统上,人们认为植物反映慢,食虫草证明了植物的反映速度,对于大多数植物来说当探测出威胁的时候,它们通常无法快速逃离。其实植物远比人们所想的更具智慧,早先的研究发现,当毛毛虫之类的害虫侵犯植物时候,植物会发出信息素,给其他植物发出预警。菜园中甘蓝菜遭受害虫攻击时,它将释放化学信息至空气中,警告其他邻近植物加固它们的防御。2013年8月,美国威斯康辛-麦迪逊大学动物学家约翰·奥罗克(John Orrock)发现当蜗牛接近菜园中的芥末时,芥末就会使自己的气味变得异常难闻,最终使蜗牛丧失食欲。这种保护机制在菜园中第一种植物遭受攻击时启动,并对其他植物做出预警。奥罗克对黑芥植物的种子和籽苗涂上蜗牛X,测试该植物面对饥饿蜗牛的具体反应。结果显示涂上蜗牛X水的黑芥种子和籽苗能够作出反应,使蜗牛对它们失去兴趣,而且多次涂抹蜗牛X水植物的防御能力强于仅涂抹一次蜗牛X水的植物。奥罗克教授说:“植物能够以一种非常复杂的方式X掠食者的到来。”

其实,在远古时期,动物与植物分界线也许比较模糊,也许祖先相同,现在的样子是出于进化的需要。眼虫或裸藻作为植物与动物的中间体已经被科学家所证实,眼虫是动物与植物的结合体,具备了动物与植物的双重功能,眼虫被证明是植物与动物的共同祖先。眼虫的这种“动物植物双重性”使许多科学家相信,动物与植物有共同的祖先——它很可能就是与眼虫类似的、某种生活在远古水域中的单细胞原生生物。

眼虫是生活在水中的单细胞原生生物。身体呈长梭形或圆柱形,前凹口伸出一根鞭毛,用其摆动在水中推动身体运动;凹口的下方有一个具有感光机能的红色的眼点(眼虫的名称就因具有眼点而得)。如果把它们放在含有有机物的水中,那么它们能够靠细胞膜吸取水里的有机物“食物”,过着动物式的异养生活。但是同时,眼虫的细胞却又有含叶绿素的叶绿体,能够进行光合作用,自己制造营养。因此,植物学家认为,它是一种“原生植物”;由于它的细胞外面没有细胞壁,植物学家给它起了另外一个名字——裸藻。

 

图069 眼虫

在漫长的进化过程中,它们当中的某些分子伴随着基因组的变化而加强了运动、摄食的结构和功能,同时逐步“丢失”了进行光合作用的结构和功能,最终生活方式转变成为完全的异养;另外一些分子则伴随着基因组的其他方式的变化向着完全自养的方式转变。前一种方式代表着最早的动物的产生,后一种方式代表着最早的植物的出现。

原始的原生动物和原生植物分异伊始都是单细胞的,随后,它们分别向多细胞方向发展。科学家们推断出动植物的分异始于10亿多年前。

 

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