好客的马兜铃

作者: 罗连

来源: 中国科学院华南植物园

发布日期: 2023-09-06 07:30:17

本文介绍了马兜铃这种植物的传粉机制及其与昆虫的互动关系,展示了马兜铃如何通过特殊的形态和化学信号吸引并留住传粉昆虫,以及它在生态系统中的角色和科学研究中的价值。

在地球浩瀚的历史长河中,生命世界谱写了一曲曲悲壮赞歌,塑造了地球环境,孕育了人类文明史诗,促进了经济社会发展。在科学传播的星辰里,中科院之声与华南植物园联合开设“花颜鸟语”专栏,既是生命世界之窗,又荟萃自然体验的点滴故事。惟愿她为自然世界代言,宣传生物多样性保护。惟愿她解读科学前沿,讲述科学故事,封存自然足迹。中国是礼仪之邦,崇尚向友好客之道。每有客人来,总将自己最好的酒饭拿出来款待。

李昉《题义门胡氏华林书院》诗:待客开新酒,留僧煮嫩蔬。宋太宗《缘识》诗:怡颜能待客,沽酒旋烹鸡。这些都是这种好客管饭风俗的写照。饭后还要留下远来的客人住上几天、甚至十天半月再放行。如果客人坚持不留宿,有些热情的主人还会用私藏客人行李、私锁客人车辆等方法挽留客人。盛情难却,客人便只好留下了。在植物界也有这样热情的主人,非要留下来传粉的客人多住两天才肯放行。这好客的主人便是马兜铃家族了。

马兜铃(Aristolochia debilis)是一种具有腐臭味的藤本植物,它的花,管状,先端是一个大檐口,有特殊的纹理,底部扩大成球状。雌蕊和雄蕊结合在一起,都藏在球状的底部,但是成熟时间不同。雌蕊成熟时,分泌花蜜,花蜜挥发出强烈的气味,吸引蝇类昆虫前来做客,钻入花冠管中。“此之甘饴,彼之砒霜”,这种在我们人类闻来臭不可忍的气味,却能强烈吸引蝇类。

马兜铃便用这浓烈味道的花蜜招待前来的“客人”——蝇类。但如果小蝇吃喝完花蜜想拍拍屁股走人可不行。马兜铃太好客了,她已经用刚毛把出口处封堵了。原来未授粉的花,檐口向上。花冠管处的毛先端都是向下的,进去时小蝇可以像滑滑梯一样滑下去,但出来时要逆着刚毛上爬就难了。小蝇出不去,只能乖乖的留下来。在未来两天,马兜铃的雄蕊相继成熟,封堵门口的刚毛也软化了。同时,花冠的檐口变成水平或者向下。

小蝇在里面拨弄一番雄蕊,身上沾满花粉后,便可以轻松地爬出这好客的主家,前往下一家继续吃喝,顺便把这家的花粉带到下家的柱头上,完成传粉过程。至于马兜铃是怎样吸引小蝇前来传粉的问题,有人认为是靠这种欺骗性的类似于腐烂有机物、动物粪便、腐肉或真菌的气味;有人认为是一种模拟飞行信息素的化学物质;还有人认为是花纹的视觉吸引力,或者是这些特征的组合。至于更合理的解释,还需要更多研究。

授粉后的马兜铃花结出近球形的果实,如铃。果实成熟时从上面开裂,露出一片片排列整齐的种子,如兜。有人说这就是马兜铃名字的由来。马兜铃的这种传粉机制,耗时长,花费大,但是可以保证绝大多数采食花蜜者都进行了传粉,小蝇也找到了两三天的吃喝。马兜铃和小蝇各取所需,达成了协同进化。马兜铃花冠檐口向上,下雨天怎么办呢?如果水都流进去了满兜的雨水太沉重,也会淹没合蕊柱,淹没在那里传粉的昆虫。别急。

看到檐口处那个小尾巴了吗?一旦马兜铃花积水失重,这个螺旋状的设计可以很好的把兜里的雨水导流出来。雨天马兜铃花反而成了昆虫遮风挡雨的庇护所。由于马兜铃属植物有独特的花部形态,研究人员选取其家庭成员流苏马兜铃进行了基因组测序和组装,获得了高质量的参考基因组,注释了21751个蛋白编码基因。

流苏马兜铃和无油樟是现存被子植物中仅有的两个未发生支系特异多倍化的物种,而流苏马兜铃生长周期短、易于大规模种植和基因组小等特点,有望成为木兰类模式植物,可用于花发育、发育遗传学及次生代谢产物合成等方面的研究。通过流苏马兜铃对马兜铃科植物及其他木兰类植物开展基因功能研究,有望更深入地比较分析整个被子植物各个大类群中的基因功能和分子机制。马兜铃和昆虫的情缘除了体现在传粉上,还体现在取食上。

红珠凤蝶的幼虫寄生在马兜铃上,它们常常把卵产在马兜铃幼茎上或者叶片上,幼虫孵化出来后即取食卵壳,然后开始取食马兜铃的叶片、嫩茎和果皮。红珠凤蝶在马兜铃上吃饱喝足,经过5次蜕皮后,便在马兜铃的茎上、支撑篱笆等高处化蛹,再羽化成蝶,开始新一代的繁衍。红珠凤蝶一只雌蝶可多次产卵。如果全部孵化,对马兜铃的取食压力是巨大的。但是,螳螂捕蚕,黄雀在后。

在红珠凤蝶幼虫取食马兜铃的同时,赤眼蜂也盯上了红珠凤蝶的卵。赤眼蜂把卵产在红珠凤蝶的卵上,直接把红珠凤蝶的卵当成自己的幼虫孵化器。被寄生的红珠凤蝶卵不能孵化出自己的幼虫,但每枚红珠凤蝶的卵可“孵化”出近10只赤眼蜂幼虫。就这样,赤眼蜂“帮助”马兜铃解除了红珠凤蝶无休止的取食压力。敌人的敌人就是朋友。赤眼蜂也算是马兜铃的“朋友”了。除了红珠凤蝶,马兜铃也是麝凤蝶的寄主植物。

但麝凤蝶的产卵量少,而且是分散产卵的,对马兜铃的危害相对小一些。不过,寄生蜂同样没有放过麝凤蝶,依然把卵产在它们的卵上,以完成自己的繁殖大计。此外,马兜铃富含马兜铃酸,对很多生物有毒。麝凤蝶、灰绒麝凤蝶、红珠凤蝶因为以马兜铃为食,体内也富集了大量的马兜铃酸。这些凤蝶也以鲜亮的颜色发出了警戒,一般的捕食者都对它们避而远之。可见,马兜铃不但给这些凤蝶提供了食源,还给它们提供了武器,真是个优秀的伙伴。

基于马兜铃和昆虫之间有趣的关系,人们开发出马兜铃的种植套装,让人们既享受到种植的乐趣,观察马兜铃从种子到果实的生长过程,又可以观察寄生的蝴蝶的生长发育过程,还可以观察马兜铃神奇的花朵结构及滞留昆虫的传粉现象。可谓一石三鸟,是难得的自然观察产品。马兜铃原本是常见藤本植物,在河边、路边灌草丛常见。但是在城镇化进程中,这些灌草丛被清理,马兜铃也难逃一劫。

因此,城市中的小伙伴很可能没有见过马兜铃,而只是在《西游记》电视剧中听过它的名字。但是,随着生态发展观的深入人心,人们更倾向于建设动物友好型城市。在公园中种植马兜铃属植物,吸引寄生其上的蝴蝶,甚至寄生蜂和鸟,有助于构建生物多样性景观,重现人与动物和谐共生的自然景观与社会风貌。

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