醉龙模仿蜜蜂气味吸引传粉者

2019-08-30 作者:科学技术   |   浏览(74)

随后,肖稗秆蝇属苍蝇被醉龙的花朵吸引,并最终被这种植物的花粉包裹。不过,醉龙会允许它们逃跑,并且使其被另一株醉龙的花朵诱骗。通过这种方式,苍蝇完成了传粉。生命和欺骗的循环由此得以继续。

陷阱与谋杀

过去植物学家根据“老虎须”的形态特征推测,“老虎须”可能也是通过释放一种人嗅不到的腐烂有机物气味,吸引热带雨林中种类和数量都极为丰富的苍蝇进入它的狭窄迂回、迷宫一样的花冠为其传粉。“老虎须”颜色暗淡的花和大而显着的花序等特征,可能都与苍蝇传粉有关。

约5%的植物利用欺骗策略吸引传粉者,包括看上去像雌性蜜蜂以吸引热切的雄性传粉者的突变花朵。不过,看上去与众不同的降落伞状植物——醉龙将这一本领提升到更高层次。它会影响肖稗秆蝇属雌性苍蝇的行为。这种苍蝇食用被食虫植物困住的蜜蜂分泌的浆液。通过利用4种化合物的混合物,醉龙能模仿工蜂在试图通过叮咬进行自卫时从腺体释放的气味。研究人员在日前出版的《当代生物学》杂志上报告了这一发现。

由昆虫来传粉的植物,花形大、花被颜色美丽,还常有芳香的气味和甜美的花蜜。花粉粒有粘性,便于粘附在昆虫身上。常见的昆虫媒介有蜜蜂、蝴蝶及飞蛾等。

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醉龙模仿蜜蜂气味吸引传粉者

榕树和传粉榕小蜂的互惠共生关系则更为密切,已经发展到一对一的协同进化程度,即一种榕树只允许一种榕小蜂传授花粉。两者在形态结构上已经出现了许多适应性特化:榕树的花柱和榕小蜂的产卵器长短相匹配;榕树的花蕊成熟和榕小蜂成虫羽化周期高度一致;榕小蜂的触须演化出弯弯的钩,可以快速撬开榕果的苞片,而铲状的头型更容易进入榕果的苞片。

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各种各样的昆虫为不同种类的植物传授花粉。还有极少数的昆虫专一地给某一种花授粉并靠它繁衍后代,丝兰花和丝兰蛾就是这种互惠共生的典型。每到日落之后,丝兰的花朵便徐徐开放,散发出奇异的香味,引来丝兰蛾为它授粉。而丝兰蛾则将卵产于丝兰的花房中,由丝兰代为孕育抚养。当丝兰的种子成熟时,丝兰蛾的幼虫也成熟了,它们就咬穿果壁,吐丝下垂至地面,然后在土中结茧成蛹。等到来年丝兰开花时,会破茧而出又飞至丝兰子房内去传粉和生育。

为了弄清“老虎须”的传粉机制和交配系统,我们对“老虎须”进行了深入研究,并做了以下一系列试验。

一只正在死去的蜜蜂的气味或许没那么有吸引力,但最新研究表明,一种植物会利用它布下聪明的陷阱。

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再后,我们用分子标记的方法,对分布在四个不同地区的“老虎须”进行检测,结果发现“老虎须”的后代绝大多数都是来自于自花授粉,并未发现有昆虫“拜访”。将“老虎须”引种到植物园内栽培,其结果也是相同的。

此外,像金鱼藻属、乐藻属、黑藻属和苦草属等水生植物利用流动的水作为传粉媒介;还有一些小型哺乳动物和鸟类也是传粉媒介,如文章开头提到的岩鼠给菠萝百合传粉,菲律宾热带雨林中的绿玉藤主要靠蝙蝠传粉,澳大利亚的一种负鼠为龙眼科植物传粉。而为植物传粉的鸟类大约有2000种,比如燕八哥、画眉、乌鸦和蜂鸟等。

“老虎须”的夸张的胡须和大苞片有什么作用呢?我们认为可能有以下两种作用:

植物的繁殖依赖于花粉的成功传递。除少数植物能进行自花授粉之外,大多数植物需要传粉媒介的帮助来实现传粉。早在一亿多年前就有了媒介授粉的现象。近日在西班牙北部出土的琥珀里,有凝固住的雌性蓟马昆虫,它们的体表带有数以百计的花粉粒。蓟马体表毛发呈环状,这样的身体结构有利于它们采集花粉。研究者称,蓟马有可能是地质学历史上最早的授粉者之一。此后,植物与传粉媒介之间的关系逐步加强,造就了如今植物界有花植物的繁荣。

在门类繁多的“传粉综合症群”中,最为独特的就数“腐臭气味传粉综合症群”了。它们一般具有隐晦的花色,苞片、花被片及其花的附属物等形成“陷阱”,没有花蜜,发出腐烂的气味,植物利用这些特征欺骗苍蝇、甲虫等传粉者误入花的迷宫,从而为植物传粉。萝摩科、马兜铃科、天南星科和兰科等植物,都属于“腐臭气味传粉综合症群”。

为了更好地吸引昆虫,一般植物的花都色泽鲜艳、气味芬芳,然而只靠色彩和气味很难长期吸引传粉昆虫。因此,大部分的虫媒花都以某种形式为昆虫提供一定的报酬。有的植物以分泌香甜花粉和花蜜来招引食客;有的则提供气味性物质作为昆虫沟通的信息素材;有的向昆虫提供一些树脂等筑巢材料。

其一,“老虎须”的传粉可能存在空间上和时间上的变化。在空间上,不同地区的情况可能不同:在有的地区“老虎须”所具有的腐臭气味可能可以吸引苍蝇前来进行异花授粉,而在另一些地区却不能。在时间上,即使在同一地区,处于不同的时间,情况也可能不同:在有的年份,当传粉昆虫种群密度大时,异花授粉可能会增加,而在另一些年份,则可能降低。

伪装与欺骗

众所周知,对于大多数植物来说,花的作用是吸引传粉动物前来为之传粉。但是,“老虎须”虽然也具有非常惹眼的花,但是花色暗淡,没有香气,不分泌大多数传粉动物喜欢的花蜜,就连产生后代必不可少的花粉也少得可怜,那么它靠什么来“招蜂引蝶”呢?“老虎须”引起了植物学家的广泛兴趣。

与巨花马兜铃相比,南非睡莲就残忍多了,它不仅囚禁传粉者,还通过“谋杀”传粉者达到授粉的目的。南非睡莲开花时雄蕊先成熟,花中央密密麻麻的雄蕊散发出香甜的气味吸引着食蚜蝇、蜂还有甲虫等来访者来享受一场花粉盛宴。到了睡莲雌蕊成熟阶段,先前的雄蕊没了花粉,绕着花中心是一池汁液,池底隐藏着扁而圆的柱头。当身上沾有雄蕊花粉的来访者再次来采集花粉时,来访者会沉入液体中很快淹死,身上的雄蕊花粉脱落,沉积在睡莲的柱头上,完成传粉。

首先,我们把“老虎须”的胡须和大苞片去掉,然后与自然授粉的花序在结果率和结籽率方面进行对照比较,结果没有发现明显的差异,这表明“老虎须”的胡须和大苞片对昆虫的吸引能力有限。

植物在进化过程中形成了多种传粉媒介。其中风和昆虫是两种最常见的传播媒介。

其一,“老虎须”的大苞片具有叶状结构且面积较大,说明它们可能是为果实发育而进行的光合作用的产物。但是,大苞片的方向是垂直的,这又与热带雨林下层的阴暗环境中植物叶片采光的最佳方向不相符合。故这种解释令人质疑。

传粉媒介

然后,我们用纱网袋将花序套住,将传粉动物隔绝在外,也与自然授粉的花序进行对照比较,结果发现其结果率和结籽率没有明显的下降。

在研究植物与传粉媒介之间的相互联系时,科学家惊奇地发现,在其平静的外表下,植物已经进化出各种高明的手段来吸引传粉媒介,其中一些策略对双方来说是互利互惠的。

之所以叫“老虎须”这个名字,是因为这种植物的花序上有一些细丝状的小苞片,长几十厘米,飘逸下垂,形如胡须,使整个花序看上去像一张龇牙咧嘴的老虎面孔。这种植物还有另外的名字。它的花序上有两片大苞片,垂直排列,呈紫黑色,使整个花序看上去又像一只飞舞的蝙蝠,所以也叫“蝙蝠花”;它的花朵的颜色晦暗,在阴暗的热带雨林下面乍一看让人毛骨悚然,所以还叫“魔鬼花”。它的正规的学名叫箭根薯,属于蒟弱薯科植物。

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根据“老虎须”奇特的形态和结构,植物学家将“老虎须”归到“腐臭气味传粉综合症群”。何谓“腐臭气味传粉综合症群”?

比如蕙兰花的花瓣上长有深色斑点,给传粉者造成一种此处有花蜜的假像。然而蕙兰花中并没有花蜜,可怜的小蜜蜂不知真假,钻进蕙兰花中找蜜吃,结果只能乖乖地为蕙兰无偿传粉了。

其二,“老虎须”的胡须和大苞片对种子的传播应该有促进作用,即可以吸引种子传播者。蓟弱薯属植物的果实为肉质果实,是鸟类和小型啮齿类所喜爱的食物,因此可以吸引它们为其散布种子。但是,在花期过后、果实成熟之前,“老虎须”的胡须和大苞片已经凋谢枯萎,不可能在种子的散布过程中起任何作用,所以很难想象它们对传播种子起什么作用。

厄瓜多尔有一种金蝶兰既没有香味,又没有香甜的蜜汁,昆虫都不愿意靠近金蝶兰。金蝶兰却喜欢在螫蜂窝附近生长。螫蜂有极强的领地意识,不允许别的昆虫侵入它的领地。而金蝶兰的蕊柱与唇瓣的一部分色彩很像昆虫,在微风摇曳下,甚似昆虫在飞旋。螫蜂看见了,就对它又咬又蛰,反而是替金蝶兰传了花粉。

以上研究表明,尽管“老虎须”的花具有夸张的形态和结构,但其繁殖几乎并不借助传粉动物,而是依靠自花授粉。那么,“老虎须”徒有与腐臭气欺骗性传粉相似的一整套形态特征,但却并没有吸引到苍蝇为它进行传粉,这是为什么?我们认为有以下两种可能性:

木本植物中的栎树、杨树、桦树和榛树等,草本植物中的水稻、苔草和小麦等都是借助风力来传送花粉。它们的花粉粒一般小而干燥,表面光滑,花被简单,容易被风传送,便于远距离传播。

“老虎须”奇异的胡须和大苞片的功能至今还是一个谜,有待于进一步的深入研究。

有的植物则采取设置陷阱的方式诱骗昆虫为自己传粉。巨花马兜铃的花朵基部有一个膨大的囊,花蕊长在囊中。巨花马兜铃开花时散发出来的怪异味道和花瓣的斑点能引诱穿梭于花丛之中的昆虫进入囊中。由于内壁布满了倒毛,昆虫一旦进入囊中就失去了自由。等花蕊成熟后,花药破裂散出花粉,这时花朵内壁的倒毛萎缩变软,昆虫逃出时就会满身沾满花粉,这样昆虫带着满身的花粉飞向另一个刚刚开放的花朵,将花粉传到柱头上。

大多数有花植物都是以动物为媒介进行传粉的。有些植物,虽然种类不同,但由于长期适应于同一传粉动物的“拜访”,便进化出了形态和结构相同或相近的花,形成了所谓“传粉综合症群”。例如,两侧对称、花冠管较短、花瓣颜色多为黄色或蓝色并间有其他颜色的斑点或条纹的花,多为风媒花;花冠较长、花瓣颜色为猩红色、雌雄蕊高眺在花冠前上端、花蜜量大但浓度较低的花,多为鸟媒花;花冠管细长、花瓣颜色多为白色或浅蓝色、一般夜间开放并释放香气的花,多为蛾媒花;花冠辐射对称、呈盘状或浅杯状、雌雄蕊螺旋状或头状排列的花,多为广谱性花。

在非洲南部盛产一种叫菠萝百合的植物,它的花是绿色的,气味很奇怪,所以在花粉传授时无法吸引昆虫和鸟类的注意。那么菠萝百合是如何传授花粉的呢?在对菠萝百合进行拍摄时,研究人员在它的周围发现了小型哺乳动物岩鼠。原来菠萝百合开花时散发出的气味中含有甲硫基丙醛,这种化学物质具有强烈的洋葱和肉香气味,能吸引岩鼠来舔食花蜜,这样岩鼠就成为了菠萝百合的传粉媒介。

在我国西双版纳热带雨林中生长着一种奇异的植物,它的花既像一张龇牙咧嘴的老虎面孔,又像一只在密林中穿梭飞行的蝙蝠,它就是—— 世界上现存有近30万种有花植物,“老虎须”是其中一种引人注目的热带雨林植物。

大花草科中的大王花,是一种肉质寄生草本,大花草全株无叶、无茎、无根,一生只开一朵花,开花期间散发出烂鱼腐肉般的腐败气味。许多逐臭蝇类被花的气味欺骗,以为找到合适的猎物,进入花中很快就会发现受到愚弄,然后飞走,不知不觉就替大王花传了粉。

其二,在进化的过程中,“老虎须”的腐臭气传粉特征也许已经成为冗余而没有现实的功能意义,也就是说,这种特征对“老虎须”的祖先也许是有用的,但是在已经被破坏的生态环境下,由于传粉者的缺失,这种特征可能已失去了原先的功能和作用。

互惠共生

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植物与传粉媒介之间这种千丝万缕的关系成就了彼此,也构建了丰富多彩的自然界。

植物与传粉动物的互利关系在生态系统中非常普遍。然而,还有许多植物利用各种欺骗方式引诱昆虫,从而实现传粉。

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