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從丟掉葉片和根說(shuō)起——南方菟絲子的自述

 汐鈺文藝范 2018-08-06

來(lái)源:“中國(guó)科普博覽”公眾號(hào)(ID:kepubolan)

我是一種獨(dú)特的植物,我沒(méi)有葉片,也沒(méi)有根,我靠吸收其它植物的水分和營(yíng)養(yǎng)生活。我叫南方菟絲子。


我還是一粒種子。當(dāng)雨水浸透土壤,我吮吸著甘甜的雨露,身體慢慢膨脹,直到厚厚的種皮被我頂破。透過(guò)土壤,我依稀能看到外面的光亮了。


幾天后,我終于破土而出,這個(gè)時(shí)候的我和許多普通植物幼苗都不同。我沒(méi)有子葉(也就是種子剛萌發(fā)出來(lái)的時(shí)候,頂部?jī)善⌒〉木G色的“葉片”),也沒(méi)有真正的根,只是一根黃白色的、半透明的絲狀體。我的幼苗上部分開(kāi)始慢慢地像揮舞馬鞭那樣不斷轉(zhuǎn)動(dòng),向遠(yuǎn)處探尋,尋找寄主——那棵能為我的生存提供營(yíng)養(yǎng)的植物。

 

剛剛出土的菟絲子。

 

與普通種子萌發(fā)不同,菟絲子幼苗出土?xí)r沒(méi)有子葉。

 

尋找寄主拼的不僅是實(shí)力,還有運(yùn)氣。我的體內(nèi)存儲(chǔ)的營(yíng)養(yǎng)非常有限,我必須在營(yíng)養(yǎng)和能量耗干之前找到寄主,否則就會(huì)死去。事實(shí)上,在一周到兩周內(nèi)找到寄主的幸運(yùn)兒,只是很少一部分罷了。我想,這就是我們菟絲子產(chǎn)生很多種子的原因吧!


我是個(gè)幸運(yùn)兒,沒(méi)花很多時(shí)間,就碰到了一棵臨近的大豆!我本能地先把自己纏繞到大豆的莖上,然后立即啟動(dòng)了寄生模式。我的身體很快發(fā)生變化,有的地方逐漸凸起,形成植物學(xué)家稱(chēng)為“吸器”的組織。吸器開(kāi)始插入寄主大豆的莖內(nèi)部,不斷長(zhǎng)大并分化出不同的結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)和大豆的營(yíng)養(yǎng)、水分傳輸系統(tǒng)緊密地結(jié)合著。


哈哈!兩天后,我成功地完成了我的第一次入侵,開(kāi)始從寄主得到營(yíng)養(yǎng)。


一周后,我的身體變得充盈、健壯,不斷舒展延伸。我不僅得到了水,得到了糖,還得到了氨基酸、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)。由于營(yíng)養(yǎng)源源不斷的供應(yīng),我逐漸長(zhǎng)大,卻發(fā)現(xiàn)自己仍然與周?chē)参锵嗖詈艽蟆N覜](méi)有葉片也沒(méi)有根,只有藤蔓狀的莖!怎么回事?我竟然缺少了一般認(rèn)為植物必須有的根和葉片!但植物學(xué)家說(shuō),我依然還是一種高等植物



寄生完成后,菟絲子攀附在寄主植物上瘋狂地生長(zhǎng)。

 

其實(shí),我們菟絲子并不孤單。除了菟絲子,世界上還有四千多種寄生植物,所有的寄生植物都全部或者部分依賴(lài)寄主生活。我們也有一個(gè)共同的特征,那就是所有的寄生植物都進(jìn)化出了吸器。所以,也不能說(shuō)吸器是我們菟絲子所特有的。


寄生植物對(duì)寄主的依賴(lài)程度不同,有的沒(méi)有寄主就不能生存(專(zhuān)性寄生植物,比如我們菟絲子),有的也可以自己獨(dú)立存活(兼性寄生植物);有的不再具有光合能力(全寄生植物),而有些寄生植物仍可以進(jìn)行光合作用(半寄生植物)。


我的進(jìn)化歷史一直都是一個(gè)謎。以前植物學(xué)家讓我單獨(dú)成一個(gè)科,但后來(lái)發(fā)現(xiàn)那是不對(duì)的,又把我放到旋花科。時(shí)至今日我才知道,原來(lái)紅薯、牽牛跟我還是比較近的親戚。而更多關(guān)于我演化歷程的信息,來(lái)源于不久以前基因組測(cè)序工程的完成。這項(xiàng)工程是中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的吳建強(qiáng)博士課題組完成的,順便提一下,我可是第一個(gè)被基因組測(cè)序的寄生植物哦!


科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),我的基因組里面缺失了大量與葉片及根部功能相關(guān)的基因。于是他們提出一種假說(shuō),認(rèn)為在很久以前,我們祖先并非這般模樣。他們有葉也有根,獨(dú)立自主地通過(guò)葉片光合作用合成糖分,通過(guò)根吸收土壤中的水分和礦質(zhì)元素。他們自由地生長(zhǎng),是自養(yǎng)型的個(gè)體,卻在機(jī)緣巧合中通過(guò)某種未知的機(jī)制,進(jìn)化出了吸器。從那時(shí)起,自然界普通植物必須做的光合作用和吸取水分、營(yíng)養(yǎng)等工作,對(duì)于我們就不太重要了,我們直接就可以用吸器從寄主植物里面獲取。


因此,我們的根和葉片就逐漸退化消失了。這些重要器官的發(fā)育和生長(zhǎng)是由很多基因控制的,我的祖先不斷的把這些基因丟掉、丟掉,到我這里已然所剩不多。也正因如此,才造成我今日的不同。至于吸器是怎么進(jìn)化來(lái)的,目前還沒(méi)有結(jié)論,但科學(xué)家們根據(jù)研究結(jié)果提出,吸器的產(chǎn)生可能與根相關(guān)。

 

寄生模型示意圖


一個(gè)有趣的現(xiàn)象是,我很少生病,吃我們的蟲(chóng)子也不多。難道我對(duì)病蟲(chóng)害有免疫嗎?其實(shí)不是這樣的,研究發(fā)現(xiàn)我的基因組里面抗病和抗蟲(chóng)的基因非常少,是祖先們把病蟲(chóng)害響應(yīng)的基因丟掉了。較為可信的解釋是,我們都沒(méi)有了葉片和根,失去了這些容易發(fā)生病蟲(chóng)害的器官,就難以得病了,所以還保留那么多抗病的基因干什么呢?都丟掉吧!


還有一個(gè)讓人們大跌眼鏡的事情是,我的基因組里面還丟失了很多與控制開(kāi)花時(shí)間相關(guān)的基因。普通的植物有一套非常嚴(yán)密的基因網(wǎng)絡(luò),可以通過(guò)感受溫度、光照等外界因素來(lái)控制自己什么時(shí)候開(kāi)花,這樣才有了一年四季不同植物在不同時(shí)間開(kāi)花的景象。很有可能我的開(kāi)花時(shí)間的調(diào)控和普通植物也是非常不同的。怎么不同,為什么不同?我還是等待科學(xué)家們揭開(kāi)這些事情的謎底吧。


我得感謝科學(xué)家們,幫我們解開(kāi)了這么多的秘密。不過(guò),我的小小的身體里面還藏有很多有趣的故事呢,真期待科學(xué)家們幫我揭曉更多的答案!

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