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茅膏菜为什么能吃肉一个达尔文没搞懂的进化谜题

2020-01-03 20:56:08  阅读:6329 作者:责任编辑。陈微竹0371

小朋友,你听说过食虫植物或许食肉植物吗?

在咱们的认知中,好像只需动物才会以肉为食,但其实在大天然中,的确有食肉的植物存在,比方捕蝇草、猪笼草、茅膏菜,便是最常见的食虫植物。

苹果猪笼草

捕食白蚁的白环猪笼草

你一定会问:作为植物,不循规蹈矩地靠光合作用养活自己,偏偏要学动物去捕食昆虫,这些植物界的“搅局者”,它们到底是要闹哪样?

事实上,不但咱们有这样的疑问,“进化论之父”达尔文也曾被这些风趣植物深深利诱,乃至一度以为它们跟动物相同具有“神经”。惋惜的是,达尔文并在有生之年并没有处理这样的一个问题。

可是,假如你知道了达尔文为研讨这样的一个问题 所支付的尽力,你一定会深为感动。

中科院古人类学家赵凌霞说:科学家,无非是坚持了猎奇心并以此为业的人。期望每个小朋友都能永葆这份宝贵的猎奇心,去探求不知道的国际,这会是让国际前进的最大推动力。

达尔文的独特植物

苗德岁

(首发于《我国科学报》2020年1月2日读书版“达尔文之光”专栏)

新闻界有个说法:狗咬人不是新闻,人咬狗才是新闻。同理,在生物界,动物吃植物不是新闻,植物吃动物才是新闻

我在《达尔文通信集》里,看到他1864年写给老友、植物学家胡克的一封信,信中写道:

温室对我而言,真是个游乐场,而我从中取得的趣味则应感谢你。每逢我调查那些来自你们邱园(Kew Gardens,笔者注:即英国皇家植物园,胡克是邱园园长)的许多叶子和植物时,我都振奋不已。

达尔文在这一期间,迷上了温室和各种植物,尤其是几年前刚发现的一种独特的植物。

1860年,达尔文和妻子艾玛前往唐庄(即达尔文居住地Downe)南郊的灰毛林,去寻觅沼地兰花,却意外地发现了茅膏菜。兰花靠昆虫传粉,而茅膏菜却以昆虫为食!

茅膏菜

茅膏菜生有肉乎乎、毛烘烘的叶子(直径约一厘米),是一种食虫植物。茅膏菜叶子在猎物触碰的影响下,能把苍蝇和蜘蛛等卷进去,并分泌出黏液将其消化掉,宛如食虫动物相同。

茅膏菜捕食苍蝇

达尔文对茅膏菜叶子具有如此活络的捕虫机制,充溢了猎奇,便在自家温室里扶植了茅膏菜,并花了许多时刻仔细调查和进行试验。

比方,他把各种物件放到叶片上,调查它用黏乎乎的腺毛把物件包裹起来。他还用生肉、蛋黄、驼毛刷、氯仿等去影响茅膏菜叶片。

他是如此投入,以至于艾玛慨叹地说:

艾玛·达尔文

(Emma Darwin,1808年—1896)

查尔斯·达尔文的表姐与妻子。

现在他把茅膏菜当成了活生生的动物,我猜测他大约想证明它便是一种动物吧!

更令达尔文惊奇不已的是,虽然茅膏菜叶片在一根毛发的触碰下,就能发生反响,却对高处落下的水滴无动于衷。他以为,这应是一种习惯性行为;若对雨水这类“假警报”也做出反响的话,那就等于做了无用功、浪费了能量,显然是一件因小失大的事。

达尔文的走火入魔几乎把他引入了研讨的歧途,他居然企图找出茅膏菜的“神经”——看来真被艾玛不幸言中。

他误以为茅膏菜的“神经”是伴随着维管束散布的,便做了如下试验:他用非常尖利的小柳叶刀片,将叶片半边的维管束堵截,当他企图影响叶片的另一半时,公然只需这一半未受损的叶片有反响,而维管束被堵截的别的半边叶片却没有一点反响。因而,他信任这就像把青蛙的脊髓从中心别离开相同!

当然,直到100多年之后,因为有了高科技手法,科学家才发现其间的奥妙。本来当昆虫牵动叶面时,会发生一种电荷,而这种电荷在叶面安排内集合,并沿叶面内部充溢液体的导管(即维管束)向下传导,使细胞膜上的小孔打开,液体从叶内面的细胞流至叶外面,然后敞开叶面的闭合机制,以捕捉昆虫。

其实植物并没有神经,食虫植物可算是一种“电动植物”。达尔文若地下有知,该会多么振奋啊!

圆叶毛毡苔捕食画面

除了茅膏菜之外,达尔文还研讨了食虫植物中其他一些物种(比方捕蝇草、圆叶毛毡苔等),于1875年写成了《食虫植物》一书。他对捕蝇草敏捷精准的反响以及强有力的叶面封闭功用击掌叫绝,称之为“国际上最美妙的植物之一”。

捕蝇草捕食画面

读到此处,或许读者会问:植物不都是自养生物、靠光合作用自己制作食物吗?为什么食虫植物要吃虫子、这不是“狗咬耗子多管闲事”吗?

天然,跟其他植物相同,食虫植物也经过光合作用组成糖和碳水化合物。但是,食虫植物大多生活在瘠薄的沼地区域,土壤中含氮和含磷量极低。它们不能像一般植物相同从土壤中获取本身所需求的其他营养成分(尤其是氮素和磷素)。

此外,食虫植物的根系都不兴旺,许多品种乃至压根儿就没有根。习惯演化的成果,使它们“另辟蹊径”。因而,经过吃虫子来获取氮素和磷素,便成为水到渠成的事。

如此一来,“堤内损失堤外补”,食虫植物不再依托土壤获取氮、磷素等营养物质,而直接从动物身上讨取。这便是天然选择的无量威力之地点!

猪笼草捕食画面

现在,已知食虫植物有近600种,它们千姿百态、各具妩媚,但它们有一个共同点,即诱捕昆虫,并从中罗致营养

食虫植物在长时间演化过程中,多生活在酸性泥炭地、沼地地、沙滩、岩坡等其它植物不易生计的环境,使其成为自己专属的生态境,而不与其他类型植物竞赛。它们器官的高度特化,则反映了生物对环境极度完美的习惯性。

虽然达尔文的科学研讨是“爱好驱动型”的,但他的每一项研讨都并非无的放矢。他终其一生都在极力向人们展现生物多样性的“美”以及天然选择理论的“真”,他是把科学当作艺术一般寻求的。

他所记载的食虫植物,展现了地球上“很多最美丽和最美妙生命类型”中最为独特的一支,而食虫植物各自独特的捕虫机制与对环境的习惯,则生动地表明晰生物演化“现已并正在进行之中”。这一情形是多么“绚丽恢宏”啊!

关于达尔文在植物学方面的研讨,与他同时代的巨大的美国植物学家格雷曾给予如下点评:达尔文这些研讨是自林奈以来,凭一人之力对植物学作出的最杰出奉献。对此,不管怎样赞许也不为过。一个人只需有这些奉献,就足以在科学史上名垂千古了,但是,达尔文先生的奉献则远远不止这些。

走笔至此,我忽然想起爱因斯坦对普朗克的点评。他说:

阿尔伯特·爱因斯坦

(Albert Einstein,1879—1955)

犹太裔物理学家。

马克斯·普朗克

(Max Planck,1858—1947)德国闻名物理学家、量子力学的重要创始人之一。

许多人投身科学,并非都是奔着科学而来的。有些人跨进科学殿堂,是想暴露其科学才调;对这类人来说,科学仅仅一项体育运动,他们可藉此展现其肌肉的健美。另一种人进来,是希冀以其聪明的脑袋来填满囊中羞涩的钱袋;这类人成为科学家仅仅择业的偶尔,若还有机会,他们或许变成政客和商贾。而咱们的普朗克是为数很少的科学忠诚信徒之一。

毫无疑问,达尔文是不折不扣的科学与真理的忠诚信徒。

引荐纪录片

纪录片《植物百态》又叫《植物的秘密武器》,是以达尔文的研讨和试验为线条,展开来叙述植物界的独特现象,聚集于植物国际中的兰花和食肉植物(这两类植物归于植物国际中最高档的集体)。这是到现在为止最专业最具体的介绍这两类植物的纪录片。

植物有生命,也有你想不到的才智,大天然无奇不有,植物们做的圈套,你或许想也想不到,捕蝇草、瓶子草、猪笼草…,别看来它们仅仅花花草草,它们可都是狠人物,例如二齿猪笼草,花唇下有两颗像蛇的毒牙杰出而得名,毒牙发生花蜜招引昆虫,然后将猎物斩草除根…

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