在你死我活的生存競(jìng)爭(zhēng)中,動(dòng)物進(jìn)化出了偽裝本領(lǐng)。那么植物會(huì)不會(huì)偽裝?什么情況下會(huì)偽裝?
在150年前,科學(xué)家關(guān)于植物利用偽裝躲避天敵的猜測(cè)就已經(jīng)零星出現(xiàn),但一直沒(méi)有獲得嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。達(dá)爾文進(jìn)化論觀點(diǎn)的來(lái)源——“自然選擇”理論提出者、英國(guó)博物學(xué)家、探險(xiǎn)家和生物學(xué)家華萊士,曾認(rèn)為植物幾乎不會(huì)“隱藏自己的需求”。
但近年來(lái),隨著色彩測(cè)量技術(shù)、動(dòng)物感官和其他相關(guān)領(lǐng)域的研究不斷取得進(jìn)展,人們重新燃起了對(duì)生物色彩這一經(jīng)典進(jìn)化生物學(xué)話題的熱情。在動(dòng)物研究之外,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的不少證據(jù)顯示,植物也可能利用各種偽裝策略來(lái)防御天敵。
植物偽裝為“騙”誰(shuí)?
可能是應(yīng)對(duì)食草動(dòng)物的防御策略;也可能是對(duì)人類(lèi)采挖行為的強(qiáng)烈反應(yīng)
“我們對(duì)生物色彩在防御功能方面的認(rèn)識(shí)幾乎都來(lái)自動(dòng)物,被寫(xiě)入教科書(shū)的經(jīng)典概念如偽裝、警戒、擬態(tài)等,幾乎都以動(dòng)物為案例。不過(guò),近年來(lái)越來(lái)越多的證據(jù)表明,這些令人著迷的概念并不是動(dòng)物的專(zhuān)利。”中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究員孫航說(shuō)。
在動(dòng)物界,樺尺蛾的體色是教科書(shū)式的案例。在英國(guó)潮濕的樹(shù)林里,到處覆蓋著灰白色的地衣,灰白色型樺尺蛾個(gè)體在這樣的環(huán)境中偽裝得很好,因此數(shù)量比深色型個(gè)體更多。但工業(yè)革命時(shí)期,它們棲息的環(huán)境被黑色的煙塵遮蓋,深色的個(gè)體因而獲得了更好的偽裝,數(shù)量也因此逆轉(zhuǎn)。
就植物來(lái)說(shuō),最為人熟知的偽裝者是長(zhǎng)得像極了石頭的“石生花”。在我國(guó)青藏高原,也有不少植物偽裝的案例,如孫航團(tuán)隊(duì)曾研究過(guò)的囊距紫堇、半荷包紫堇,以及絹毛苣等。世界其他地方也有案例,比如新西蘭的矛木、北美的香晶蘭等。
從2012年起,孫航和中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所牛洋博士在做青藏高原-喜馬拉雅植物多樣性形成與演變研究時(shí),開(kāi)始關(guān)注偽裝植物。“我們從高山上的紫堇屬植物著手研究,注意到很多當(dāng)?shù)厝瞬赏谪惸福袝r(shí)甚至?xí)蛭覀兺其N(xiāo)剛采挖的鱗莖。當(dāng)然,我們也注意到梭砂貝母的偽裝和葉色變異。”牛洋向科技日?qǐng)?bào)記者介紹。
全球共有100多種貝母屬植物,其中梭砂貝母生長(zhǎng)在我國(guó)滇西北,以及川西、青海南部和西藏拉薩至亞?wèn)|一線海拔3800至5000米的高山流石灘沙石地或巖石縫隙中。它的鱗莖含植物堿貝母素丁,是藥材貝母的來(lái)源。
“在一些群體中,梭砂貝母呈現(xiàn)常見(jiàn)的綠色,而在另一些群體中,它們則與背景融為一體,大多顯出灰褐色,非常隱蔽。”牛洋博士介紹,他們起初推測(cè),與囊距紫堇相似,這種偽裝可能也是在應(yīng)對(duì)食草動(dòng)物的防御策略。但在多地經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的觀察,他們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)動(dòng)物取食梭砂貝母的明顯證據(jù)。
“由于體內(nèi)富含生物堿,貝母屬植物具有很強(qiáng)的化學(xué)防御,在一定程度上抵御了動(dòng)物取食,那梭砂貝母為何要偽裝?這讓我們很困惑。”牛洋說(shuō),后來(lái),他們才意識(shí)到,梭砂貝母的地下鱗莖長(zhǎng)期遭到大量采挖,而這種采挖本身,有可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的選擇壓力。這也意味著梭砂貝母的偽裝,可能與人類(lèi)有關(guān)!
偽裝植物竟有“智能”?
藥用植物會(huì)將自身色彩融入背景,讓采挖者難以發(fā)現(xiàn)
為了進(jìn)一步搞清這一猜想,研究團(tuán)隊(duì)作了更深入的研究,他們比較了動(dòng)植物偽裝策略進(jìn)化的差異、推測(cè)了影響植物偽裝進(jìn)化的要素,這不僅是一個(gè)惹人著迷的話題,更關(guān)系到人類(lèi)與植物未來(lái)的關(guān)系和命運(yùn)。
“作為一味常用的中藥材,人類(lèi)利用貝母已經(jīng)有2000年的歷史,當(dāng)代大規(guī)模采挖的歷史超過(guò)80年。”牛洋說(shuō),為了評(píng)估每個(gè)群體遭受的采挖強(qiáng)度,他們從川滇一帶基層藥商那里得到了過(guò)去6年間梭砂貝母干品總量數(shù)據(jù),并估算出每個(gè)群體單粒貝母鱗莖的干重。他們驚訝地發(fā)現(xiàn),要獲得一千克干燥鱗莖,意味著要挖掉3000株以上的貝母。這樣的選擇壓力非同小可。
牛洋說(shuō),通過(guò)樣方統(tǒng)計(jì)和分布面積評(píng)估,他們得到潛在貝母產(chǎn)量,從而獲得了每個(gè)群體的采挖強(qiáng)度。與此同時(shí),他們發(fā)現(xiàn)采集強(qiáng)度越大的地方,貝母?jìng)窝b也越好。
緊接著貝母色彩之謎的研究又?jǐn)[到了眼前。牛洋與同事再次來(lái)到高山流石灘,采集每個(gè)群體的反射光譜數(shù)據(jù),又根據(jù)專(zhuān)為人類(lèi)設(shè)計(jì)的CIELAB色覺(jué)模型,量化植物與礫石的光譜,算出在群體之間梭砂貝母體色確實(shí)有顯著差異。利用這一模型,他們還計(jì)算出貝母與生境巖石背景的匹配程度,來(lái)為偽裝程度提供衡量的指標(biāo)。
“背景匹配是利用自身色彩融入背景,讓采挖者難以發(fā)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)偽裝。”孫航說(shuō),考慮到采挖壓力可能在較長(zhǎng)歷史內(nèi)有變化,他們還評(píng)估了偽裝程度與采挖難度的關(guān)系。
因落腳地方不同,有的鱗莖采挖只需幾十秒;有的長(zhǎng)在數(shù)十厘米深處的石縫中,挖一顆需要數(shù)分鐘甚至更長(zhǎng)時(shí)間,從價(jià)值和時(shí)間成本計(jì),采挖者往往會(huì)放棄,遭受的采挖壓力也較小。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看,越是難以采集的群體,植株偽裝越好,與周?chē)液稚氖^“渾然一體”;越是容易采挖的植株,越會(huì)“大模大樣”地保持通體透綠的本色。
偽裝本領(lǐng)因人類(lèi)活動(dòng)在進(jìn)化?
再高明偽裝也難以躲過(guò)人眼;植物體色細(xì)節(jié)之謎,還需深入探究
梭砂貝母的體色與生存有顯著的相關(guān)性,偽裝增加了它們的生存概率。然而,“變色”的過(guò)程,仍有諸多有趣的自然之謎。
光、眼、物三者之間的關(guān)系,影響著人類(lèi)對(duì)色彩的識(shí)別。偽裝色由花青素和葉綠素共同造成,色素變異相對(duì)簡(jiǎn)單,但不同群居的梭砂貝母,如何細(xì)微調(diào)整色素的比例,保持足以亂真的色調(diào),仍有待探究。
而偽裝植物多個(gè)色型在光合作用以及對(duì)昆蟲(chóng)等傳粉者的吸引力上卻沒(méi)有顯著差別,但在非光合色素合成等資源消耗成本,以及不同背景下不同功能間干擾的光合效率和設(shè)計(jì)成本究竟有哪些變化,對(duì)研究植物的選擇進(jìn)化來(lái)說(shuō),還值得去細(xì)究。
雖然梭砂貝母已足夠“聰明”,但在利益的驅(qū)使下,再高明的偽裝也難躲過(guò)人眼的高強(qiáng)度搜索。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn),擁有三色視覺(jué)的人類(lèi),搜尋目標(biāo)的速度要比二色視覺(jué)的動(dòng)物更勝一籌。
“此外,植物的根基不能移動(dòng),這意味著即使擁有偽裝,與動(dòng)物相比其防御效果也要大打折扣,因?yàn)樘鞌硨⒂懈鄼C(jī)會(huì)通過(guò)其他線索和反復(fù)學(xué)習(xí)來(lái)定位這些不能動(dòng)的目標(biāo)。”牛洋介紹,動(dòng)物主動(dòng)選擇最佳的藏身地點(diǎn)這樣的本領(lǐng),也難以被植物掌握。
這些研究表明,人類(lèi)正在以自己都無(wú)法預(yù)見(jiàn)的活動(dòng)方式影響野生生物的進(jìn)化。至于人類(lèi)還在其他哪些領(lǐng)域影響環(huán)境,仍有待探索。
關(guān)鍵詞: 植物偽裝
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