食肉植物的生存智慧

張唯誠

通常，動物是吃植物的，但有一些奇特的植物反轉(zhuǎn)了局面，它們反而吞噬昆蟲、爬行動物，甚至小型哺乳動物。不過，對于這些食肉植物來說，動物更像是一道配菜，而不是主食。因為食肉植物和其他植物一樣，也通過光合作用從陽光中獲取能量，而動物只提供額外的營養(yǎng)，讓它們能在營養(yǎng)匱乏的環(huán)境，例如沼澤和布滿巖石的地表上生存。

目前，世界上已知的食肉植物大致有600種，它們中的大多數(shù)捕食昆蟲。有些食肉植物很有名，比如捕蠅草。當一只蒼蠅、蜜蜂或小青蛙爬到它們那外形特別的葉子上時，葉子會以驚人的力量閉合，使得猝不及防的動物被夾在葉子中無處可逃，最后只好束手就擒。研究表明，當獵物觸發(fā)了捕蠅草陷阱般的葉面時，處在葉子綠色外表面的細胞會發(fā)生膨脹，而位于粉紅色內(nèi)表面的細胞則沒有膨脹，這樣的差異導(dǎo)致一種力量把外表面向內(nèi)推去，于是，由于壓力的作用，那葉子便迅速關(guān)閉了。

捕蠅草的顎狀葉子是捕捉昆蟲的陷阱

捕蠅草只需要很短的時間就能關(guān)閉葉狀陷阱。有科學(xué)家在研究了捕蠅草后認為，它們的感覺毛會在遭到獵物的觸碰后，產(chǎn)生生物電流輻射到葉子上，這道電流激活了存在于細胞膜中的離子通道，從而引發(fā)了葉子的閉合，這就是它們能在極短的時間內(nèi)關(guān)閉葉狀陷阱的原因。

最近，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一種名為Triantha occidentalis的白色花朵也以昆蟲為食。這種花亦稱“西部假水仙”，研究人員在加拿大不列顛哥倫比亞省的柏樹山省立公園發(fā)現(xiàn)了這種花。它們白色的花瓣看起來并不特別。其實，人們早在19世紀就知道這種植物，但直到現(xiàn)在，才發(fā)現(xiàn)了它們對肉的喜愛。研究人員在2021年8月17日的《美國國家科學(xué)院院刊》上報道了這一發(fā)現(xiàn)。

科學(xué)家們近來發(fā)現(xiàn)，這種看起來并不特別的白色花朵以昆蟲為食

西部假水仙利用花莖上的黏毛誘捕獵物，那是一些看起來無害的有黏性的毛。加拿大溫哥華英屬哥倫比亞大學(xué)的植物學(xué)家肖恩·格雷厄姆指出，有黏性的毛在植物中并不是那么非同尋常，許多非食肉植物也具有這種毛，它們利用這種毛抵御害蟲，以防自身被昆蟲傷害，但后來這種黏毛發(fā)展成了誘捕獵物的陷阱。

設(shè)置陷阱

食肉植物設(shè)置陷阱的技術(shù)并不單一。生活在水中的食肉植物以孑孓和魚類為食，其中一些用吸盤吸走它們的獵物。此前的研究揭秘了一些貍藻類植物布設(shè)陷阱的方法，它們用多葉的莖把花朵從湖底或池塘的底部推到水面上，那花莖上布滿陷阱，每個只有幾毫米，就像帶鉸鏈蓋的袋子。為了設(shè)置一個這樣的陷阱，這些植物要從它們的“袋子”里擠出水來。當獵物，比如孑孓，在 “袋口”觸動了細毛，蓋子就會打開，外界的水被吸進去，從而把獵物也帶進了“袋子”中。當蓋子合上時，孑孓就被困住了。

食肉植物通常以昆蟲為食，但有些喜歡吃更大的動物，如鳥、老鼠和青蛙等，一些豬籠形的植物甚至能吞下小蠑螈。不過在動物方面，進化也使它們獲得了逃脫的本領(lǐng)。在東南亞，潛水螞蟻可以繞著豬籠草光滑的邊緣行走而不掉進去。如果它們失足，也可以爬出來。

食肉植物豬籠草

研究發(fā)現(xiàn)，食肉植物擁有一些食肉動物所具有的特性，它們生活在明亮而缺乏營養(yǎng)的沼澤中，同時還缺少一種基因，這種基因可以微調(diào)植物從光線中獲取能量的方式，能使植物在光合作用中做得更好。對此，肖恩·格雷厄姆認為，了解了這些情況后，就如同看到游戲拼圖的圖塊最終聚合在了一起，食肉植物渴望肉類的秘密漸漸地顯現(xiàn)了出來。

遇到難題

然而，有關(guān)食肉植物的秘密，科學(xué)家們需要知道得更多。肖恩·格雷厄姆和其團隊成員決定尋找西部假水仙捕食獵物的更確鑿的證據(jù)。幸運的是，這種花生長在從阿拉斯加到加利福尼亞的北美西海岸，甚至在溫哥華附近徒步旅行時也能找到它們。

科學(xué)家們進行了相關(guān)的實驗，首先他們給果蠅喂食了氮-15同位素。與普通氮相比，氮-15的每個原子中都多包含一個中子。一旦果蠅攝取了它，它們的身體就會顯示出重氮的特征。接下來，研究人員將果蠅附著在西部假水仙的花莖上。氮-15在自然界中并不常見，但通過測試可以發(fā)現(xiàn)它們并計算出它們在某樣?xùn)|西（例如這種野花的組織）中的含量。肖恩·格雷厄姆的研究小組發(fā)現(xiàn)，這種野花中超過一半的氮來自果蠅，而不是土壤。更為重要的是，這些野花的黏毛滲出了磷酸酶，這是一種消化酶，許多食肉植物通過產(chǎn)生磷酸酶以消化它們的獵物。

粘在莖毛上的昆蟲成了食肉植物的營養(yǎng)來源

然而，即使食肉植物殺死并吃掉昆蟲，它們也會遇到一些復(fù)雜的情況。例如捕蠅草，它們合上葉子是由于昆蟲觸碰了葉子上的感覺毛導(dǎo)致的，此前的研究顯示，捕蠅草似乎有一個辦法知道合上葉子的最好時機。當昆蟲觸碰了第一根感覺毛時，捕蠅草并不會馬上合上葉子，它會等待一段時間，假若在這段時間內(nèi)，昆蟲觸碰到了第二根感覺毛，捕蠅草便開始行動了。捕蠅草為何要這樣做呢？科學(xué)家們的看法是，它們可能要確定那觸碰了感覺毛的昆蟲是否爬到了葉子更靠里面的位置，同時它們還需要確定那個觸碰是否真是由獵物引起的。

更為重要的是，捕蠅草還必須考慮如何避免殺死授粉者，那是幫助它們繁殖的生物。食肉植物通常使用兩種方式將傳粉者和獵物分開：一是安排它們的花朵和陷阱錯時出現(xiàn);二是使用不同的氣味或顏色，這樣就可以吸引不同的物種造訪它們的花朵或者進入陷阱。不過在氣味或顏色方面，人們了解得尚不充分，這是未來研究的一個需要深入探索的領(lǐng)域。

捕蠅草的花朵位于誘捕器的上方

聰明策略

上述兩種方法在捕蠅草上并未被明確地觀察到，它們的誘捕器發(fā)育得較早，在植物開花期間也存在并且很活躍。不過，捕蠅草似乎采取了第三種方法，那就是將它們的誘捕器和花朵相隔得遠一些。它們的花朵通常生長在高處，而誘捕器卻安排在低處。捕蠅草的傳粉者往往是飛行類昆蟲，而獵物通常是爬行昆蟲，如蜘蛛和螞蟻等。捕蠅草用這種高花低陷阱的配置，將傳粉者和獵物導(dǎo)向了不同的目標。研究人員在一次研究中，觀察到捕蠅草的誘捕器和花瓣上先后有13種昆蟲造訪，其中9種是潛在的傳粉昆蟲，它們都沒有被陷阱所困。因此，科學(xué)家們認為，花朵和陷阱相隔很遠的設(shè)置，是食肉植物避免殺死授粉者的最常用的策略。這也是世界上大多數(shù)食肉植物都進化出了這種機制的緣由。

然而，新發(fā)現(xiàn)的食肉植物——西部假水仙似乎并不是這樣的，它們身上的黏毛就在花朵的旁邊。它們將陷阱靠近花朵，這似乎違反了游戲規(guī)則。然而，這種花的黏毛黏性并不大，它們只能捕捉小蒼蠅和小甲蟲，卻不足以捕獲蜜蜂和蝴蝶等體形較大的傳粉者?？茖W(xué)家們認為，這種植物的黏毛還可能暗示了食肉植物是如何進化的：即植物使用黏毛原本只是為了防御昆蟲以避免傷害自己，然而在營養(yǎng)匱乏的地方，食肉植物將捕獲的昆蟲吃掉，可能對植物而言是有好處的。

捕蠅草的全貌圖