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食肉植物奇特习性:与蝙蝠共生发动化学战

时间: 2015年04月28日 | 作者: | 来源: 新浪科技
自然界中,食肉动物很常见,其生活习性也往往为人们所熟知,而对于食肉植物,人们往往了解甚少。

猪笼草就是人们已知的少数几类食肉植物中最著名的代表。不过注册新宝GG家平台网址成果表明,除了猪笼草外,自然界的食肉植物种类其实很多,而且有的食肉植物不仅仅会捕食昆虫及小动物,还能够与山地树鼩、蝙蝠等动物建立起奇特的共生关系,有的甚至拥有强大化学武器,还会发动化学战。

 
捕食功能
猪笼草的笼子看起来很普通,但它其实是一个致命的陷阱。猪笼草利用味道香甜的花蜜作为诱饵来吸引昆虫。当有昆虫来采集花蜜时,就很容易滑进猪笼草的捕虫笼中。猪笼草的捕虫笼就好比是植物的胃,其中充满了消化液,可以同时消化数百只昆虫。大多数猪笼草是捕食昆虫的,还有些猪笼草有更为独特的口味。
 

马来王猪笼草。
 
达尔文曾经将植物喜爱捕食动物的习性称为“食肉综合症”,这一习性也是经过无数次进化而形成的,所有进化的原因也基本相同。在缺氮的土壤中生长的植物最终可能会因为养分不足而死亡。氮是植物生产蛋白质和DNA的关键成分,因此植物为了生存,不得不改变口味,寻找氮含量丰富的肉类作为食物。
 
近期的研究成果显示,自然界其实还有很多种大型食肉植物。有些大型食肉植物,茎干可达6米长,花朵可达1米高,捕虫笼深度达40厘米,其中可以装多达2升的肉类消化液。有些食肉植物是以昆虫为食,而还有些会与其它动物配合捕食,比如它们为捕食的动物提供经停的场所。有些还会利用细菌的力量消化所吞食的肉类。
 
大多数食肉植物吞食昆虫。经过长期的进化,它们的捕虫笼已分为三个特定的功能区,不同的区域分别完成特定的任务,从而确保对昆虫的消化。捕虫笼的顶端是笼盖,这个笼盖可以用来遮雨,防止雨水将笼中的消化液稀释掉。捕虫笼光滑的边缘就是所谓的口缘。猪笼草研究专家、美国亚利桑那大学博士后研究人员唐雅-伦纳介绍说,捕虫笼内壁的微观结构可以让昆虫无法通过内壁爬上来。
 
捕虫笼的口缘非常光滑,昆虫极易滑入笼中,而捕虫笼的内部也极其光滑。唐雅解释说,“昆虫就好像在溜冰。它们根本找不到任何附着力来支撑它们的爬行。”一旦滑入笼中,即便飞行类昆虫也很难逃离。即使有的昆虫没有立即被消化液淹死,粘稠的糖水和消化液也会让昆虫的翅膀无法展开飞行。
 
共生关系
劳氏猪笼草是一种热带食肉植物。奇特的是,有的劳氏猪笼草似乎并不太喜欢捕食昆虫,它们的笼子中往往积满了另一种稍大的捕食者--山地树鼩的粪便。2009年,加拿大皇家大学注册新宝GG家乔纳森-莫兰曾经带领一支科考队前往马来西亚山地树鼩的栖息地雾林中开展考察,以期发现山地树鼩与猪笼草之间是否已进化出互利共生关系。
 

劳氏猪笼草。
 
劳氏猪笼草的笼子有两种类型,一种是沿着地面生长的,一种是悬挂于空中的。山地树鼩站立于猪笼草的笼子上,从边缘舔食花蜜。乔纳森科考队研究人员通过远程遥控摄像机监控发现,只有地面猪笼草会捕食昆虫,而空中猪笼草经常会吸引山地树鼩前往舔食花蜜。当山地树鼩站在笼子上舔食花蜜时,还会将粪便排入笼中。山地树鼩的粪便中含有丰富的氮,这正是食肉植物所急需的营养。
 
为了检测劳氏猪笼草是否能够消化山地树鼩粪便中的氮,注册新宝GG家们对猪笼草叶子进行稳定同位素分析。经过分析和研究,注册新宝GG家们得出结论认为,空中劳氏猪笼草会从山地树鼩的粪便中汲取57%到100%的氮。这一研究成果发现了食肉植物与哺乳动物之间的首个共生关系,同时也吸引了众多注册新宝GG家对大型食肉植物的研究兴趣。
 
马来王猪笼草也是一种大型食肉植物,其大到可以吞下一只老鼠。2011年,由来自德国和马来西亚的注册新宝GG家组成的科考队专门前往婆罗洲考察和研究这一大型食肉植物。与此前的研究一样,注册新宝GG家们也是通过录像来监测究竟都有谁来访问它,监测时间既有白天,也有夜间。注册新宝GG家们发现,白天里,山地树鼩会来舔食花蜜,同时会将粪便直接排到笼中。当太阳落山后,巴鲁大家鼠则会替代山地树鼩,以同样的方式来与猪笼草进行“氮交易”。这一发现表明,同样的猪笼草可以与不同的哺乳动物建立起共生关系,只不过区分白天和黑夜。
 
在为期两个月的科考研究中,注册新宝GG家们只发现一只哺乳动物真正掉进了猪笼草的笼中。注册新宝GG家认为,猪笼草可能并不是想杀死这只可怜的老鼠,尽管结果是一样的。其它所有观测到的小动物,都只是用粪便来换取花蜜,而非性命。

蝙蝠旅馆
有些注册新宝GG家还发现,有蝙蝠还会将热带猪笼草当作自己栖息的巢穴。在山地树鼩与猪笼草的共生关系研究成果发表之前,注册新宝GG家们还曾经认为蝙蝠可能只是偶尔把猪笼草的捕虫笼当作是自己的免费汽车旅馆。不过,猪笼草研究专家卡罗琳-舒内尔和迈克尔-舒内尔经过深入研究发现,蝙蝠是“猪笼草旅馆”忠实的、付费的真正消费者。卡罗琳和迈克尔在婆罗洲的低地森林中发现了一种被称为“赫姆斯利猪笼草”的食肉植物。研究发现,这种猪笼草不仅仅可以为哈氏长毛蝙蝠提供住所,而且还懂得如何去引诱哈氏长毛蝙蝠前来入住。
 

赫姆斯利猪笼草。
 
赫姆斯利猪笼草的捕虫本领比其近亲劳氏猪笼草要差很多,但其长度却是劳氏猪笼草长度的5倍以上。这种加长型笼子适宜瘦长的蝙蝠居住,而且住起来很舒服。既然发现了这种猪笼草,迈克尔就很容易发现前往居住的蝙蝠。在短短的六个星期时间内,研究人员共发现了32只不同的哈氏长毛蝙蝠前往居住。不过,他们也只发现了哈氏长毛蝙蝠这一种栖息于猪笼草中的蝙蝠。卡罗琳和迈克尔在其中17只蝙蝠身上安装了跟踪定位器,以精确测量这些蝙蝠在白天究竟栖息了多少猪笼草。测量结果令注册新宝GG家们很惊讶,哈氏长毛蝙蝠竟然只利用赫姆斯利猪笼草作为自己白天休息时候的居所。虽然在那片森林中有许多空间可以作为蝙蝠的栖息场所,如卷起的树叶、树洞等,但是对于哈氏长毛蝙蝠来说,赫姆斯利猪笼草是它们最舒适的家。当然,哈氏长毛蝙蝠也会投桃报李。卡罗琳介绍说,“稳定同位素分析显示,赫姆斯利猪笼草也会从哈氏长毛蝙蝠那里获利。哈氏长毛蝙蝠的粪便排在笼中,粪便中有三分之一的氮会被猪笼草吸收。”卡罗琳和迈克尔的研究成果发表于《生物学快报》上。
 
这种共生关系是非常罕见的。当植物与动物合作共生时,植物通常提供食物,以换取动物的服务。比如,植物可能提供有营养的花蜜或果实,动物前来觅食后离开时也会帮助植物传播花粉。对于猪笼草来说,与动物的共生关系中,角色恰恰反过来了。植物吸收营养物质氮,而动物接受植物提供的服务,如蝙蝠可以获得居住的场所,用来挡风遮雨,用来躲避捕食者的攻击。
 
卡罗琳和迈克尔研究团队对这种奇特的共生关系进行了更为深入的研究,他们启动了持续时间更长的第二轮监测实验项目,在婆罗洲更大范围的森林中实施考察,以期找到蝙蝠只喜欢赫姆斯利猪笼草的原因。研究团队又发现,赫姆斯利猪笼草可以为蝙蝠创造更好的小气候,更稳定的住所,更高的湿度。卡罗琳解释说,“蝙蝠拥有巨大的翼膜。正是通过这种翼膜,蝙蝠失去了大量体内水份。猪笼草内较高的湿度可以缓解蝙蝠的脱水问题。”此外,一些患病的蝙蝠可能会受到外寄生虫的侵害。在赫姆斯利猪笼草的保护下,蝙蝠可以远离寄生虫。此外,赫姆斯利猪笼草的笼子内表面异常光滑,寄生虫很难在其内壁上产卵。卡罗琳和迈克尔研究团队第二阶段研究成果发表于《生态学》杂志之上。

化学武器
为了消化掉捕获的昆虫,食肉植物也在不断学习中进化成为天才化学家。它们会分泌出各种酶来消化猎物。唐雅解释说,“昆虫就好比是小坦克。”昆虫类似装甲钢板的外骨骼由较为坚硬的几丁质构成。几丁质拥有复杂的结构,可以抵抗大多数普通的酶。当猪笼草感觉到笼中有昆虫时,首先会生产一种被称为“几丁质酶”的物质。只有这种酶才可以化解昆虫的几丁质外壳。一旦将昆虫的外壳消化,猪笼草接着释放第二波酶。这些酶主要分为三类:蛋白酶用来分解蛋白质;脂肪酶用来分解脂肪;酯酶用来处理其它的化合物。
 
这种植物酶极为有效。这一发现令注册新宝GG家迷惑不解,猪笼草究竟是如何获得如此先进的武器。唐雅介绍说,“这些酶看起来与其它植物用来防卫的酶很相似。非食肉植物常用它们防御和保护自己。”比如,植物常常需要抗御致病性真菌,如霉菌,而真菌通常拥有强健的细胞壁,其中的关键成分就是几丁质。真菌和昆虫都是采用几丁质作为它们外壳的成分,就是为了抗御化学武器。唐雅等注册新宝GG家研究发现,猪笼草的祖先采用的一种防御性蛋白质,既然可以杀死真菌,就可能消化掉昆虫的外骨骼。注册新宝GG家们的研究成果发表于《分子生物学与进化》期刊之上。
 
还有的研究发现,一些猪笼草会利用微生物为它们生产酶。美国哈佛大学博士生利奥诺拉-比特尔斯顿将婆罗洲的猪笼草与生长于美国马萨诸塞州哈佛森林中的食肉植物瓶子草进行了对比研究。每一种食肉植物在其生命最初时,其内部都是没有微生物的。当笼子打开时,细菌、真菌等都会落入捕虫笼中的消化液中,并且在这种危险的液体中生存下来。与生活于人体内脏中微生物相似的是,有些微生物是可以帮助宿主从食物中吸收额外的营养。
 

瓶子草。
 
研究发现,生长于哈佛森林中的瓶子草可能特别依赖共生的微生物帮助它们消化猎物。也就是说,在消化肉类食物方面,它们自己的功劳远远没有内部细菌的功劳大。利奥诺拉表示,“目前尚没有证据证明瓶子草能够生产自己的几丁质酶。”然而,细菌却可以生产几丁质酶。因此,利奥诺拉的研究成果表明,微生物对瓶子草的健康起了很大的作用。
 
尽管热带食肉植物的生长环境已被严重破坏,但注册新宝GG家在婆罗洲和菲律宾等地仍然不断发现新的食肉植物物种。卡罗琳认为,“尤其是在山区,可能还有许多未发现的食肉植物物种。它们究竟有何特点,目前没人知道。”
 
原文链接:http://tech.sina.com.cn/d/a/2015-04-28/doc-icczmvup0520436.shtml?qq-pf-to=pcqq.c2c