食肉植物奇特习性-与蝙蝠共生发动化学战

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 食肉植物奇特习性:与蝙蝠共生发动 化学战 据国外媒体报道，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。不过科 学家最新研究成果表明，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、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。 中国论文网 /8/view-12926717.htm 捕食功能 猪笼草的笼子看起来很普通，但 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 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。 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 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-山地树的 粪便。2009 年，加拿大皇家大学科学家 乔纳森-莫兰曾经带领一支科考队前往 马来西亚山地树的栖息地雾林中开 展考察，以期发现山地树与猪笼草 之间是否已进化出互利共生关系。 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前往舔食花 蜜。当山地树站在笼子上舔食花蜜 时，还会将粪便排入笼中。山地树 的粪便中含有丰富的氮，这正是食肉植 物所急需的营养。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 为了检测劳氏猪笼草是否能够消 化山地树粪便中的氮，科学家们对 猪笼草叶子进行稳定同位素分析。经过 分析和研究，科学家们得出结论认为， 空中劳氏猪笼草会从山地树的粪便 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，同时也吸引了众多科学家 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科学家组 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， 科学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。科学家们发现，白天里，山地树 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，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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 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，科 学家们只发现一只哺乳动物真正掉进了 猪笼草的笼中。科学家认为，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 有些科学家还发现，有蝙蝠还会 将热带猪笼草当作自己栖息的巢穴。在 山地树 与猪笼草的共生关系研究成 果发表之前，科学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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 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i 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 果令科学家们很惊讶，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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 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 令科学家迷惑不解，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 雅等科学家研究发现，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。科 学家 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 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。 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。