明明是绿色植物偏偏要去捕捉动物

作者:花诗鉴来源:科普中国发布时间:2018-11-14

只听过食草动物,居然还有吃动物的植物。

食虫植物,这类生物在大多数人眼中都是充满着神秘感,作为绿色植物偏偏去捕捉动物,并且将受害者的血肉消化殆尽。

1768年,英国博物学家约翰·艾利斯见到了植物学家威廉姆·杨带回的捕蝇草活体,他判断这是一种食肉的植物并将标本寄给了瑞典博物学家,现代分类学的祖师爷卡尔·林奈。然而林奈却并不认同这种说法,他认为,如果捕蝇草真的以昆虫为食,则是“违背依上帝意愿建立的自然法则”。他认为植物只是不小心捉到了昆虫,如果小虫一旦停止挣扎,植物则会敞开叶片,还其自由。

在1875年,演化论的先驱达尔文出版了《食虫植物》一书,这是人类研究食虫植物的第一本著作,详细记载了达尔文关于食虫植物的各种实验,他提出,这些植物捕捉动物是为了获取营养,它们能对外界的刺激做出反应,并分泌消化液去消化。

达尔文为《食虫植物》一书绘制的手稿

达尔文为《食虫植物》一书绘制的手稿

实际上,食虫植物生长在氮元素缺乏的沼泽或者苔藓丛中,它们仍然是自养生物,捕捉小动物完全是为了去获得氮元素等矿质营养——它们依然是生产者而并非捕食者,这些食虫植物生长环境中光线充足,它们能够在光合作用中获得足够能量。

美国德索托国家公园长满黄瓶子草

美国德索托国家公园长满黄瓶子草(Sarracenia flava)的沼泽地

目前已经发现的食虫植物已经有21属600余种,主要集中在石竹目,杜鹃花目和玄参目。食虫植物的捕虫叶可以分为五大类:水瓶捕虫器,粘液捕虫器,夹状捕虫器,囊状捕虫器和虾笼状捕虫器。

相似的捕虫结构在不同类群中多次演化出来。

拥有水瓶状捕虫器的植物主要有瓶子草属,沼泽瓶子草属,眼镜蛇瓶子草属,猪笼草属,土瓶草属,布洛凤梨属,嘉宝凤梨属,食虫古精属,这些植物让猎物受困于捕虫器的积液中,之后通过消化液或者共生细菌分解尸体。虽然这类捕虫器没有主动运动的能力,只能等待昆虫被吸引,跌落陷阱,但是它们能捕捉大量的昆虫,十分高效,堪称最大型的食虫植物。

马来王猪笼草巨大的捕虫笼

马来王猪笼草巨大的捕虫笼

茅膏菜属,捕虫幌属,捕虫堇属,露叶毛毡苔属等类群的植物拥有粘液捕虫叶,基础款的粘液捕虫器仅仅是像粘蝇纸一样工作,粘住不幸停落的昆虫,而茅膏菜属植物和部分捕虫堇属植物则拥有让叶子包住猎物的运动能力,这样大大增加了接触面积。

好望角茅膏菜

好望角茅膏菜(Drosera capensis )捕捉到一只苍蝇,并将其卷住

如果将茅膏菜的粘液捕虫叶改装一下,让其变成贝壳状,粘液毛失去作用,这样我们就得到了夹状捕虫叶,实际上,两类拥有夹状捕虫叶的植物:捕蝇草和貉藻和茅膏菜有很近的亲缘关系,其工作原理由粘蝇纸变成了捕鼠夹,这样可以困住更大的猎物。

野生环境下的捕蝇草

  左:野生环境下的捕蝇草(Dionaea muscipula);右:貉藻(Aldrovanda vesiculosa )

捕虫囊是狸藻属植物所特有的,这种捕虫器被水淹没后,在捕虫囊中产生负压,当小动物触碰到囊盖上的触毛后,囊盖开启,小动物自动被吸入其中。狸藻不只生长在水中,许多狸藻附生在苔藓中,利用根状茎上的捕虫囊捕捉苔藓中的小动物。

丝叶狸藻

  丝叶狸藻(Utricularia gibba)的捕虫囊扫描电镜照片

坎贝尔狸藻

坎贝尔狸藻(utricularia campbelliana)是一种大型的附生狸藻,红色的花吸引蜂鸟传粉

螺旋狸藻属的捕虫器是最奇特的虾笼状捕虫器。它们的地上部分和某些狸藻属的植物很像,但是如果把它们从土中拔出,你会看到它们独特的捕虫器:形状像根,螺旋状,错综复杂,有许多分叉,配合内部错综复杂的螺旋结构来困住水中和苔藓中小型生物。

螺旋狸藻

螺旋狸藻(Genlisea hispidula)的捕虫器

而植物们如何获得这种能力呢?一些学者认为,无论是水瓶状捕虫叶还是粘液捕虫叶,实际上都是通过带有毛和腺体的叶片魔改而成,带有毛的叶片使水容易滞留在叶片上,当昆虫在水中受困致死后,叶片上的微生物分解尸体,而植物借此吸收到营养。这样,经历长时间的自然选择,有的食虫植物加强了积水能力,出现了瓶状捕虫叶;而另外一些植物则加强了毛状附属物,产生了挂满粘液的叶片。腺毛草,茅膏菜,捕虫幌虽然有着相似的捕虫方式,但实际上它们分属于唇形目,石竹目和杜鹃花目。

丝叶腺毛草

上图:丝叶腺毛草(Byblis filifolia)中图:帝王茅膏菜(Drosera regia)下图:捕虫幌(Roridula gorgonia)

虽然食虫植物是适应贫瘠环境的产物,但是它们又十分脆弱,相当依赖于其生境。就算是土壤环境中氮元素含量升高,生长都会受到抑制。目前,所有猪笼草属植物,捕蝇草,山地瓶子草等食虫植物均受到CITIS公约保护——虽然这些植物在演化的鬼斧神工中获得了在贫瘠环境下生存的能力,然而现今,栖息地破坏,野外盗采却依然威胁着这些植物的生存。

野生的石灰岩捕虫堇

野生的石灰岩捕虫堇(Pinguicula gypsicola)

图片来源

图1  http://www.popsci.com/155-years-later-darwins-manuscripts-go-digital-gallery?image=1

图2 http://falconeri.forumpro.fr/t13777-carnivores-et-orchidees-in-situ

图3 http://dinoanimals.pl/rosliny/najwieksze-miesozerne-rosliny

图4 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0f/Drosera_capensis_bend.JPG

图5(左)http://s729.photobucket.com/user/bradrichard/media/VFT_Sand3.jpg.html

图6(右)http://www.web.forumacvarist.ro/aldrovanda-vesiculosa/

图7 http://www.buffalo.edu/news/releases/2013/05/023.html

图8  http://www.carnivorousplants.org/howto/GrowingGuides/Images/U_campelliana.jpg

图9  http://www.sarracenia.com/faq/faq5350.html

图10  http://www.carnivorousplants.org/howto/GrowingGuides/Byblis.php

图11 http://www.coloradocarnivorousplantsociety.com/drosera_regia.htm

图12   http://coloradocarnivorousplantsociety.com/2008-4-26_Roridula%20(116).JPG

图13  http://www.botaniliberec.cz/foto/detail/?f=913

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