花與蛾的“軍備競賽”

郗旺

1862年1月25日，英國著名博物學(xué)家、“演化論”之父查爾斯·達(dá)爾文收到了一個來自比多福莊園的包裹。給達(dá)爾文寄送包裹的是他的好友詹姆斯·貝特曼。貝特曼是一位實(shí)業(yè)家，同時也是一名狂熱的植物愛好者，不但一手建立起了以植物花園景觀著稱的比多福莊園，還雇傭了許多“植物獵人”到世界各地去搜集獨(dú)特的植物，尤其是蘭花。而貝特曼寄給達(dá)爾文的包裹里裝的就是一份采集自馬達(dá)加斯加的蘭花標(biāo)本。

達(dá)爾文小心翼翼地打開包裹后，眼前的蘭花標(biāo)本令他瞬間興奮起來：盡管標(biāo)本已經(jīng)干燥，但是依然能夠看到每個花朵都具有一個細(xì)長的被稱為“花距”的突起——長度足足超過20厘米，最長的可達(dá)40厘米。盡管達(dá)爾文對蘭花的研究頗深，但具有如此長花距的蘭花達(dá)爾文還是第一次見到。這種蘭花花色為白色，六個花瓣如六芒星一樣排列，宛若天上的星星，而長長的距又如彗星的長尾，因此被命名為長距彗星蘭。

依照達(dá)爾文以往觀察、實(shí)驗的經(jīng)驗，蘭花距的尖端通常是分泌花蜜的蜜腺所在，昆蟲要到達(dá)這個部位才能吸取到花蜜。但是，長距彗星蘭如此細(xì)長的距，又有哪種昆蟲能夠吸取到花蜜呢？達(dá)爾文立即提出了一個猜測：在當(dāng)?shù)匾欢ù嬖谝环N蛾子，它的口器可以達(dá)到相當(dāng)?shù)拈L度，從而能夠伸到長距彗星蘭花距的尖端去吸食花蜜。

達(dá)爾文將這一推測寫入了自己繼《物種起源》之后又一本傳世著作《蘭花的傳粉》中。但是，著作一發(fā)表，就引來了演化論懷疑者們（ 包括很多昆蟲學(xué)家）的質(zhì)疑，因為從來沒有人見到過有這么長口器的昆蟲，而一只昆蟲具有長達(dá)30厘米的口器也是不可想象的。達(dá)爾文的好友生物學(xué)家阿爾弗雷德·華萊士站出來支持達(dá)爾文的推測，并提供了依據(jù)：他在非洲探險時曾見過一種具有很長口器的天蛾——非洲長喙天蛾，盡管它的口器長度還不足以達(dá)到長距彗星蘭花距的尖端，但已足夠從側(cè)面證明天蛾類昆蟲是有可能具有與長距彗星蘭花距長度相當(dāng)?shù)目谄鳌?/p>

這一爭論激發(fā)了眾多探險者、博物學(xué)家們前往馬達(dá)加斯加尋找這種預(yù)測中的天蛾。在1 9 0 3 年，也就是達(dá)爾文提出這一預(yù)測41年后，同時也是達(dá)爾文逝世21年后，探險家們終于在馬達(dá)加斯加找到了一種天蛾，它的口器盤旋在頭部最多可達(dá)20圈，展開后長度最長可達(dá)30厘米。達(dá)爾文的預(yù)測是完全正確的！而為了紀(jì)念達(dá)爾文的這一天才預(yù)見，這種天蛾被命名為“預(yù)測天蛾”。直到1992年，科學(xué)家們才在紅外攝像機(jī)和高速攝影機(jī)的幫助下，首次拍攝到了預(yù)測天蛾用超長口器吸食長距彗星蘭花蜜的畫面，而這一畫面，和當(dāng)年華萊士基于想象而繪制的圖畫竟毫無二致。

達(dá)爾文關(guān)于長距彗星蘭和預(yù)測天蛾的故事，是證實(shí)演化論中“協(xié)同演化”的著名案例。但是，有一個問題的答案始終等待人們?nèi)ネ晟?，那就是長距彗星蘭的花距和預(yù)測天蛾的口器是如何通過協(xié)同演化變得那么長的呢？其實(shí)這種雙雙變長的現(xiàn)象，是蘭花和蛾子之間一場曠日持久的“軍備競賽”造成的。

生存的“ 軍備競賽”

昆蟲在花間飛舞，時不時停留在花朵上取食或收集花蜜、花粉，這一過程看起來溫情滿滿，但對于昆蟲和花朵來說，實(shí)際上雙方都“心懷鬼胎”。

知識鏈接：

昆蟲的口器由頭部后面的3對附肢和一部分頭部結(jié)構(gòu)聯(lián)合組成，主要有攝食、感覺等功能，由于昆蟲的食性非常廣泛，口器變化也很多。如果你仔細(xì)觀察，你會發(fā)現(xiàn)蝴蝶和蛾子都是用一根吸管似的嘴巴從花朵中吸取花蜜的。這根長長的“吸管”是它們的特殊口器，科學(xué)家們給這種結(jié)構(gòu)取了一個形象的名字——虹吸式口器。因為虹吸式口器只有吸的功能，所以蝴蝶和蛾子只能吸花蜜，吃流食。

對于昆蟲來說，無論花蜜還是花粉，本質(zhì)是食物的來源，生存所必需。而花朵也正是利用昆蟲要采食這一行為，讓昆蟲身體攜帶上自己的花粉，以便將花粉運(yùn)輸?shù)搅硪欢浠ǖ拇迫锷?，以完成授粉過程，二者各取所需。

對于昆蟲來說，如果身體上附著了額外的花粉，那么花粉的重量就會影響自己的行動，尤其是飛行效率。身上帶有的額外花粉越多，對行動的影響就越大，意味著被天敵捕捉的概率越大。在這種壓力下，昆蟲的演化方向便趨向于“能夠吃到花蜜、花粉，但不額外攜帶”這一目的。而對于花朵來說，提供花蜜和花粉需要耗費(fèi)大量的能量和有機(jī)物，這對植物的代謝是一個負(fù)擔(dān)，因此花的演化方向趨向于“讓昆蟲吃得更少，但是要盡可能多地攜帶花粉”。

可以看出，昆蟲和花朵的需求是完全相反的。因此在這一過程中，演化表現(xiàn)出了它的力量，而長距彗星蘭和預(yù)測天蛾就是一對極端的表現(xiàn)。

長距彗星蘭的傳粉策略很簡單：天蛾為了取食花蜜而湊近花朵，觸碰到花中心的蕊柱，從而攜帶花粉塊。和其他絕大多數(shù)蘭科植物一樣，長距彗星蘭的花粉集合在一起，形成球狀的花粉塊，一塊花粉塊中就含有成百上千?；ǚ?，以此提高花粉的傳播效率。此外，長距彗星蘭的花粉塊底部還有一個帶有溝的黏性小塊，這樣花粉塊就能夠更容易地粘在預(yù)測天蛾長長的口器上。因為這種傳粉策略，在演化中具有較長花距的彗星蘭個體獲得了更大的生存優(yōu)勢：花距越長，天蛾要離花更近才能吸取到花距頂端的花蜜，從而提高昆蟲攜帶花粉塊的幾率。

但是對于預(yù)測天蛾來說，攜帶花粉塊會影響自己的飛行狀態(tài)，如果花粉塊粘在自己的口器上，口器就不能很好地盤起來，更加影響自己的飛行和取食。另外，離花朵太近還會有致命的風(fēng)險，因為有很多種類的蜘蛛會埋伏在花朵上，等待天蛾飛近之后發(fā)起突然襲擊，將倒霉的來訪天蛾當(dāng)成美味佳肴。

因此在花粉塊和蜘蛛的雙重壓力下，具有較短口器的天蛾被捕食的概率更高，而具有較長口器的天蛾則更容易存活到繁殖時期，繁衍出更多具有長口器的后代。

在這一演化過程中，長距彗星蘭的花距越來越長，預(yù)測天蛾的口器也越來越長；而預(yù)測天蛾的口器越長，反過來又促使長距彗星蘭的花距變得更長。這種雙方加碼的“軍備競賽”，最終產(chǎn)生了我們看到的具有超長花距的長距彗星蘭和長著超長口器的預(yù)測天蛾。

“ 軍備競賽”的終結(jié)和物種起源

看到這里，你可能想問“軍備競賽”會有結(jié)束的一天嗎？畢竟，作為花和昆蟲的固有結(jié)構(gòu)，花距和口器是不可能無限變長的。因此，“ 軍備競賽”可能會在某些情況下被“ 終結(jié)”。如果預(yù)測天蛾的習(xí)性發(fā)生變化，更多地取食其他花朵的花蜜，不依靠長距彗星蘭也能生存，那么長長的口器就成了生存劣勢。而對長距彗星蘭來說，也許會演化出依靠氣味或其他分泌物吸引昆蟲靠近花朵的特性，那時長花距和花蜜也就成了不必要的特征。到了那個時候，“軍備競賽”就自然結(jié)束了，同時另一種天蛾和另一種蘭花的形成也將悄然開始，這是演化驅(qū)動的物種形成機(jī)制。

新的物種的形成則意味著又一輪“軍備競賽”的開場。只要演化還在繼續(xù)，不同物種之間的“軍備競賽”就將不斷發(fā)生和延續(xù)下去，而這也正是“協(xié)同演化”的本質(zhì)。