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相愛相生億萬年 木蘭科植物和甲蟲的故事

發布時間:2024-04-09 作者:
陶麗丹
來源:
地球雜誌
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“木末芙蓉花,山中發紅萼。澗戶寂無人,紛紛開且落。”這是唐代詩人王維借花抒發對美好自然事物的喜愛,以及對花開花落自然輪回的感慨。詩中所說的“芙蓉花”是指“辛夷花”,又叫“木筆花”,即“紫玉蘭”,屬於木蘭科植物。木蘭科植物的花簡單漂亮,開花時芳香四溢,令人著迷,常用於作行道樹和庭院植物。我們常見的二喬玉蘭、荷花玉蘭、厚樸、鵝掌楸、黃蘭含笑等都是木蘭科植物。



木蘭科植物不僅為今天的自然界增添了一抹亮色,在億萬年的時光中它也和很多昆蟲上演了相愛相生、互利共贏的故事。


今天,我們仍能見到這些古老而又脆弱的木蘭科植物,不得不感謝它們在生物進化中的強大能力。據《中國植物誌》記載,木蘭科現存有18個屬,約335個種,中國有14個屬,大約165個種。該科被認為是較古老的一類植物,保留了很多原始的特征,如雄蕊等器官螺旋狀排列、花萼和花瓣沒有明顯分化,雄蕊數量多等。作為最高級的植物——被子植物中的一個大家族,它們在遙遠的恐龍時代就已經吐露芬芳,繁衍生息。分子生物學和化石證據表明,木蘭科可能在約1億年前就已經出現在地球上。它們見證了一次次滄海桑田和劇烈的氣候變化,包括始新世末期的全球急速變冷事件。有一些木蘭科植物滅絕了,僅存化石昭示它們曾經存在過,其他的雖然熬過了幾次大型滅絕事件,可是它們的生存現狀卻不容樂觀。2007年,世界自然保護聯盟(IUCN)對全球木蘭科植物的瀕危狀況進行了評估,在評估的木蘭科植物中,74%的物種正麵臨著滅絕風險。


↑ 圖片紫玉蘭(Magnolialiliflora)


有人說雌雄分化是生物進化中不小心選擇的“昏招”。因為雌雄分化,生物開始為“找對象”而瘋狂“內卷”。動物靠自己接觸異性談戀愛,而被子植物靠花朵和花粉來相親。一株植物或許一輩子也沒“見過”自己的對象。它們依靠傳粉者寄送“情書”。通過傳粉者在雌雄蕊之間來回活動,一株植物或接受其他植物的花粉,或傳遞出自己的花粉。花粉落到柱頭上,結出種子延續血脈。


↑ 毛葉天女花(上)和樂昌含笑(下)


“采得百花成蜜後,為誰辛苦為誰甜?”這是唐代詩人羅隱對蜜蜂這種傳粉昆蟲的讚美。如果沒有這些忙忙碌碌的昆蟲,大部分花朵隻會白白地開放又凋謝,無法結出果實。然而傳粉的“工具蟲”可不止是蜜蜂。自然界有四大公認的傳粉昆蟲包括鞘翅目(統稱為甲蟲)、雙翅目(如蒼蠅、蚊子)、鱗翅目(如蝴蝶、蛾子)、膜翅目(如蜜蜂、熊蜂、螞蟻)等。還有一些植物是靠風、水流等自然力進行傳粉,也有特別“奇葩”的植物會自己傳粉,它們將自己的雄蕊彎曲一下,主動把花粉撒到自己的柱頭上。雖然植物“談婚論嫁”的方式多樣,但是“植物婚戀市場”的主要媒人還是動物,全世界87.5%的植物依靠動物傳粉,這其中又以昆蟲占主導。


自從植物同昆蟲搭上線後,傳粉行為變得越來越多樣,植物的婚戀市場也越來越“內卷”。植物開始快速分化,主要靠蟲子傳粉的被子植物取代了主要靠風傳粉的裸子植物,占據了綠色世界的主導地位。木蘭科植物就是從那時開啟了與昆蟲持續億萬年相愛相生的佳話。


甲蟲——最早傳粉的昆蟲

甲蟲可能是現存最古老的傳粉昆蟲,在和被子植物“接上頭”之前,甲蟲就已經開始傳粉生涯了。2018年,网信彩票的科學家發現了距今1億年白堊紀中期的琥珀化石中有甲蟲取食蘇鐵花粉的跡象。隨後,他們又發現了攜帶花粉的原始甲蟲以及肚子裏裝著花粉的二疊齧蟲(Permopsocida,已滅絕)。至今,甲蟲仍然在給蘇鐵傳粉。


↑ 授粉的甲蟲


甲蟲主要的傳粉對象包括早期分化的被子植物類群(如木蘭科、睡蓮科)、基部單子葉植物(如天南星科、大花草科)、少量真雙子葉植物(如蓮科等)。這些植物的花有大致相似的特征,如雌雄同花、單花、花比較大、花被多且形成一圈包圍著中央的腔室。這些植物往往將寶押在傳粉成功率上,想盡辦法提高自己的“口碑”,讓甲蟲“賓至如歸”,下次還來。這樣雖然開不了太多花,至少能保證大部分花能成功授粉。木蘭科、蓮科、天南星科的每朵花裏都有很多胚珠,成功受精之後,每朵花都能結出很多種子。


大部分木蘭科植物的主要傳粉昆蟲是體型較小的甲蟲,其中最常見的是露尾甲科和金龜子科。比如說西疇含笑的主要傳粉昆蟲是葉甲;華蓋木的主要傳粉昆蟲是毛金龜科和象甲科;武當玉蘭的主要傳粉昆蟲是一種露尾甲;毛果木蓮的主要傳粉昆蟲是象鼻蟲和麗金龜;卵葉木蘭的主要傳粉昆蟲是一種金龜子。


為了吸引授粉“使者”,植物界也內卷

一些木蘭科植物在長期的演化中還練就了一些特殊的本事,為了吸引授粉者,提高授粉率甚至“不擇手段”。


↑ 紫花含笑


華蓋木有二次開花的現象。第一次開放時,雌蕊成熟,雄蕊還未散粉,昆蟲被甜甜的花香吸引過來。一個小時後,花開始閉合,把昆蟲困在花裏。第二天,華蓋木的花再次開放,此時雄蕊散粉,而雌蕊柱頭活力快速下降。被困花中一晚上的昆蟲攜帶一身花粉被放出去,運氣好的話,它們又會投入下一朵華蓋木的花中,將身上的花粉蹭到另一朵花的柱頭上完成授粉。第二次開花之後,花不再閉合。第三天或第四天花朵凋謝。當然二次開花不是華蓋木的“專利”,大部分木蘭科植物都有這一特征,隻不過是開放和閉合的時間點和時長稍有差異。


↑ 雲南擬單性木蘭 攝影/孫衛邦


除了二次開花外,木蘭科還有吸引甲蟲的絕活。相比植物界傳統做法,比如長得漂亮(符合傳粉者的視覺喜好)、多給點報酬(比如多給點蜜,或者蜜裏多摻點糖)、撒點“香水”(有時候是臭味,為了滿足某些傳粉者的特殊喜好),一些木蘭科提供“暖氣房聊天室”服務。木蘭科植物開花的時候尚值早春,天氣還較涼,這樣一個比環境溫度高出不少的“暖房”對甲蟲而言是個不小的誘惑,而且溫度高有利於花朵氣味的擴散,還有利於花粉在柱頭上萌發。


↑ 長蕊木蘭(上)和壯麗含笑(下)


木蘭科植物產熱的時間也和二次開花的時間吻合。第一次開花(雌蕊柱頭有活性)的時候是第一次產熱高峰,而第二次開花(雄蕊散粉)的時候是第二次產熱高峰,開花時花的溫度可以比環境溫度高出1℃~6℃。雖然花內比外部溫度高,但是其溫度還是隨環境溫度變化而變化,這被稱為“假生熱調控類型”。還有些開花產熱的植物通過主動放熱,使花部器官維持較恒定的高溫,不隨環境溫度變化而變化,稱為“生熱調控類型”。


植物開花產熱的機製,一般同抗氰呼吸過程大量釋放熱量有關,其調控過程同線粒體膜蛋白有一定關係,但是不同開花產熱植物生熱調控機製的細節不同。木蘭科植物的產熱過程可能也是受線粒體膜蛋白(如交替氧化酶AOX和解偶聯蛋白UCP等)調控,目前雖然找到了一些可能的調控基因,但其調控機製尚未完全解決。


時光的車輪已走過了一億多年,木蘭科植物以自身繁衍生息為目的,和甲蟲書寫了一段特殊的跨物種的愛情故事。目前木蘭科的很多種類處於瀕危狀態,大約有三分之一種類的甲蟲也麵臨滅絕的危險。在這個急速變化的時代,木蘭與昆蟲相愛相生的故事還能繼續嗎?有一首歌曲叫《愛你一萬年》,但是木蘭和甲蟲相愛的時間超過了一萬個一萬年,同時它們在維持自然生態平衡中發揮了重要作用。希望這樣的“愛情”還能夠擁有、能夠繼續,直到地老天荒。



來源:地球雜誌 

作者:陶麗丹

編輯:諸鵬飛

審核:盛捷


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