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植物“解决问题”的能力,远超我们的想象

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摘自《植物比你想的更聰明:植物智能的探索之旅》,商周出版(台湾)

从一株捕蝇草开始

提到植物职司味觉的部位,我们会直觉地看向土壤。毕竟植物大半养料来源就在里头。可是,有多种植物另有摄食之道。这些便是所谓的肉食性植物。接下来我们就要看看,植物学家最早发现的肉食性植物:捕蝇草。

1760 年 1 月 24 日,亚瑟·多布斯(Arthur Dobbs)写了封信给英国皇家学会(the British Royal Society)会员植物学家彼得·科林森(Peter Collinson,1694 年至 1768 年)。多布斯是北卡罗来纳的富裕地主,于 1754 年至 1765 年间担任殖民地总督。他在信中描述,有种令人惊奇的新植物能捕捉苍蝇:“但是,这植物界的奇观是非常古怪的新种敏感植物:矮生植物;叶部象是球体扁平切片,共有两瓣,好比手提包内里外翻,各瓣会如铁制猎狐陷阱阖起,边缘呈锯齿状;若遭触碰,或有物闯入,叶部就会捕兽夹一般紧闭,将置身其中的昆虫或别种物体困住;花朵为白色。我将这出人意表的植物取名为‘敏感捕蝇草’(Sensitiva Acchiappamosche, Fly Trap Sensitive)。”

捕蝇草。图/Marie@Flickr

捕蝇草。图/Marie@Flickr

科林森将这发现最早的神奇植物样本寄到欧洲给英国植物学家约翰·埃里斯(John Ellis),而埃里斯为此物种定下了拉丁文学名(Dionaea muscipula)。一七六九年,他察觉了该植物属肉食性,便致信林奈道:“……如所附精确图解及花叶样本所示,这植物显现了大自然对其滋养也许另有看法,才会让上面这节的叶部有如器械,可捕获食物:叶部中央有诱饵,以猎食不走运的昆虫。有许多红色腺体覆盖内层表面,也许能释放甜味液体,引倒霉的动物前来一尝。要是动物的脚刺激了这些细嫩部位,叶片双瓣便会即刻升起,把动物牢牢抓住,而一排排尖刺会闭紧而将其挤毙。再者,为免猎物奋力求生,竟能挣脱,腺体之间近叶瓣中心处,还挺立着三根小刺,能有效让一切挣扎画下句点。”

毫无疑问,这种植物会猎捕昆虫!但林奈不做此想。他排斥埃里斯的结论,反而赞同多布斯最初的评估,将捕蝇草归类为“敏感植物”,会因触觉刺激而有不由自主的举动。

对现代人而言,捕蝇草显而易见能捕捉昆虫。但林奈将之与一样会在触碰下闭起的含羞草视为同种。他与埃里斯的论断天差地别:后者认为捕蝇草能捕猎动物,前者则将猎捕行为看做不假思索的反应。

食虫究竟是不是一种意识行为?

两名科学家的观察怎会引来迥然不同的推断?埃里斯名气较小,不受通行观念左右,只是描述所见,并出以合理推论。但林奈正值声名巅峰,离不开当时整体科学社群的思潮,仍由“自然界秩序”的角度来看待生物间的关系。他所受影响极深,以至于否定证据。试图使观察所得迁就理论,不惜扭曲事实。因此,尽管有长年的研究,也有无可反驳的凭证指出捕蝇草会捕杀昆虫,林奈仍不愿断言捕蝇草具肉食性(从而认定此论符合科学事理),因为这等植物行为实在难以想象。

然而,谁都看得很清楚,捕蝇草似乎真能捕杀某些昆虫。人如何能贬低这般能耐?那时有很多科学家驰骋想象,要把这事搪塞过去。他们主张,叶片阖起是反射动作(亦即,并非有意取命),而昆虫若是有心,自能脱出。若未脱身,则是因为过于衰老,或有意求死。在我们来看,这样的理路很可笑。但彼时的科学社群却欣然接纳,未见犹疑。只要能反驳植物可能以动物为食,什么样的说明都行。“食肉植物说”不得不被下放到冒险故事里。那年头,这类故事差不多都会提到很厉害的食人树。

食肉植物说被当作和食人树一样只存在于传说故事。图/Man-Eating Cryptid Plants Might Be Real

食肉植物说被当作和食人树一样只存在于传说故事。图/Man-Eating Cryptid Plants Might Be Real

但是,该怎么解释捕蝇草从未放出遭捕昆虫,而总是将之杀死并消化?又该怎样理解叶片在捉住无滋无味或难以分解的物体后,会随即再次张开?

要等到达尔文于 1875 年出版《食虫植物》(Insectivorous Plants)一书,科学社群才有了合理答案,也才开始提到“会吃昆虫的植物”。如此定义固然贴近实情,仍嫌不够精准。毕竟,到了达尔文的年代,已发现为数可观的植物能捕食老鼠、蜥蜴一类小动物。而这可很难说是“食虫”!十九世纪中期,很多植物划归为此类的原因,并不是能猎捕昆虫,而是人们觉得把植物说成“肉食性”太过头了。纵然已经晓得有很多植物,尤其是某些猪笼草属,会捕杀小型哺乳类动物,十九世纪末的人依然很难想象真有草能食肉。

昆虫的致命陷阱

话说回来,为何某些植物要以动物为食?理由再度和演化有关。几百万年前,在演化出这些物种的潮湿沼泽里,生物生成蛋白质所必须的氮,不是数量稀少,就是无从取得。植物生长于缺乏氮的地方,就必须找到不涉及根部与土壤的方式,来获取此重要元素。

这是怎样办到的呢?植物会利用在地面上的部位:随着时间流转,调整叶片形状,转变成陷阱,好捕捉昆虫这类会移动的“小型氮储存槽”。而在囚禁并杀死猎物后,将之消化以摄取养分。其实,这正是肉食性植物的决定性特质:产生酵素分解养分,以利叶部吸收,藉此代谢掉所吃的动物。

让我们看看捕蝇草和猪笼草两大王牌猎食者的狩猎技巧。和所有厉害的猎人一样,两者都由引诱猎物着手。捕蝇草会将相当芬芳、带有糖分的分泌物排放到如今已成陷阱的叶部,让昆虫挡不了诱惑。尽管林奈的成就教人尊敬,我们仍必须提到,捕蝇草并无多余能量可浪费,不会一以为碰到猎物就把叶片倏然阖起。若是这么做,有可能会抓到不能吃的物体,甚至让昆虫得以在叶部边缘定住,而后逃脱。相反,捕蝇草会等到狩猎标的恰在叶片中央才行动,避免徒劳无功。

构成死亡陷阱的两瓣叶片各有三根细毛,用以触动陷阱紧闭。昆虫一次触碰一根细毛,尚不足以启动陷阱。至少得触及两根,间隔不超过二十秒。这时植物才会清楚上门的东西有搞头,并将叶瓣阖上。受困的昆虫扭来动去,不断碰触细毛,却只是让捕蝇草越抓越紧。等猎物一死,动也不动,叶部便渐渐释放酵素,几乎将之消化殆尽。陷阱再次开启后,仍可看到这场动植物大战的遗痕:在捕蝇草叶片上找到吃剩下的猎物壳甲,并不是新鲜事。

捕蝇草叶片内的感觉毛能侦测食物。/来源:NoahElhardt @wiki

捕蝇草叶片内的感觉毛能侦测食物。/来源:NoahElhardt @wiki

至于另一类可怕的猎食者,则运用别套战术。在演化过程中,猪笼草发展出特殊囊状器官,边缘洒满带有甜味的芳香物质。动物一旦闻香而来,吸吮甜液,便会滑入囊中,逃脱无门。此陷阱囊的内里极其平滑,在自然界数一数二,乃至于有人加以研究,想要以科技仿造。在陷阱中,动物最终会陷溺于消化液里,而且由于一再努力要爬出求生,弄得筋疲力竭。这会儿,猪笼草会开始消化猎物,将之化为含养分的泡泡,再缓缓吸收。

猪笼草内壁的光滑表面。图/corveless@Flickr

猪笼草内壁的光滑表面。图/corveless@Flickr

猪笼草不仅吃昆虫,还会吃蜥蜴一类小型爬虫。就连相当大只的老鼠也会遭殃。猎物尸骨就积存在陷阱囊底部,既是老旧的战利品,又能给下一个成为受害者的不幸动物一点含糊的警告。

还有更多……

肉食性植物除了是很有趣的例子,让人看清植物如何应用味觉,还促使人思索花草树木的摄食。首先,我们以前受了误导。这类植物其实不少,已知的起码有六百种,每一种都使用相异的陷阱和谋划来捕食形形色色动物。确切地说,肉食性植物比人们过往所想的还多样,牵扯到数以百计物种。要是把在某些方面间接受益于捕捉昆虫的植物也计入,数量还会更多。几年前,科学家仍以为唯有可明确定义为肉食性的植物才有能力消化小型动物,摄取所需营养。但新近研究证实,植物广泛以动物为养料来源。

拿马铃薯、菸草,和甚至更具异国风情的毛泡桐为例。你如果看过这些植物的叶子,也许会留意到上头时常有小虫尸体:既然不能消化昆虫,为何要以叶部分泌带黏性或毒性的物质来杀虫呢?答案很简单,而且想起来非常有道理。即便难以消化,昆虫尸体坠落地面后会分解,释出植物所需的氮;还留在叶子上的,则成为细菌的养料,而细菌所制造的废弃物含有丰富的氮,很容易为植物吸收。

于是,纵然很多植物实际上并非肉食性,也会利用动物来使食物摄取更营养、更有变化。用科学术语来说,这些是“原始肉食性植物”(“protocarnivores”)

花草树木的摄食,还有别的地方出人意表。二○一二年初,一份新研究描述了有种捕食虫子的植物能使用特别的……地下陷阱。这种紫罗兰生长于巴西喜拉朵十分干燥而贫瘠的土地,是以发展出地下叶来捕食常见的小小线虫:虫子一靠近叶片就会被黏住,然后遭消化,以有效补足食物摄取中原本不足的氮。这发现很是重要:头一次有研究提到了地底下的捕猎技巧,而这等技巧或许在其他荒芜土壤特有的植物身上也找得到。

如前所述,肉食性植物约有六百种。如果加上所谓的原始肉食性植物和可能具备地底捕猎能力的物种,数量便更多。而我们对植物的食物摄取也会刮目相看。

文章来源:泛科学,原载《植物比你想的更聪明》

原文链接:http://pansci.asia/archives/103374

图片来源:见图中标注

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