作者:胡珉琦 来源: 中国科学报 发布时间:2019/7/19 10:05:43
选择字号:
植物里的进化论



“科学元典丛书”由北京大学出版社出版

 

■本报记者 胡珉琦

2019年北京世界园艺博览会(以下简称北京世园会)中的核心场馆之一是植物馆。它汇聚了来自世界各地的植物供游人观赏。其中不乏红海榄、海椰子、高山榕、弥勒树、食虫植物等独特的物种。

北京世园会期间,北京大学出版社策划了助力北京世园会的系列主题活动,近期的主题是植物与进化。为此,北京植物园科普中心主任、高级工程师王康受邀进行了一场“生活中的进化论——植物的智慧,达尔文的思想”分享会。

《物种起源》和它的“补充说明”

2019年是达尔文诞辰210周年,同时也是《物种起源》出版160周年。

达尔文的进化论思想在生物学发展到分子水平的今天仍然是科学家阐释的对象,古动物学、古人类学、演化生物学、遗传学、动物行为学、社会生物学等领域几乎所有重大发现,都总是会与《物种起源》中的思想进行比较和说明。100多年来,它几乎在科学、社会和人文的所有领域都在施展有形或无形的影响。

《物种起源》就是科学元典之一。所谓科学元典,是指科学经典中最基本、最重要的著作,是理性精神的载体,具有永恒的价值。

北京大学出版社从2005年起推出了“科学元典丛书”,计划收录自古希腊以来、主要是自近代科学革命以来,历经了足够长时间检验的100部科学经典。目前已出版图书52种。《物种起源》也是收录出版最早的著作之一。

不过,《物种起源》毕竟是达尔文系统阐述生物进化理论最早期的著作,此后他还写了一系列书对《物种起源》中不够充分的内容、论据作更为详实的“补充说明”。

在这些大量的作品中,阐释植物进化的部分总是容易被人忽视,因为人们常常被显示度更高的动物所吸引。比较而言,植物属于“弱势群体”。

“科学元典丛书”第三辑中就收录了达尔文的多本关于植物进化的著作,例如《攀援植物的运动和习性》《食虫植物》《兰科植物的受精》《植物的运动本领》等等。

这些书中记录了达尔文大量的观察和实验,得出了很多有意思的结论,许多内容直到今天依然非常经典。后来的百年间,达尔文在书中所提出的一些小小线索也引导出了更多的科学实验。

王康说,在全世界范围内,与人类相关的高等植物大约有30多万种,中国占到3万多种,这些植物都是我们在生活中可以看到的。他希望,人们通过对植物进化知识的学习,重新认识和理解植物界以及人与植物的关系。

没有自然选择的压力,进化很可能中断

在达尔文的进化思想中包括了三个重要条件:首先,自然选择主导着进化的方向;其次,自然选择是有物质基础的,那就是生物本身的基因突变;第三,更为重要的是形成新的物种或者形成新的进化方式时,需要让物种产生隔离。

“进化听起来非常复杂,它会给人一种错觉,以为进化是一种创新。很遗憾地告诉你,在这个世界上创新的东西真的不多,尤其对于生物界来说更是如此,进化其实就是一个修修补补的过程。”王康认为,更为重要的是,进化如果没有自然选择施加的压力,很可能中断。事实上,世界上被停下来的进化数不胜数。

自然选择究竟对植物进化产生了什么巨大的压力?王康介绍了植物界中许多独特的例子来帮助人们理解。

夏威夷群岛的死火山周围长着一种名叫银箭草的植物,整个身体像个毛绒绒的刺球,叶子像一枝枝银色的箭,在阳光下银光闪闪。它所生活的环境昼夜温差大,降水量非常少。但它银色的毛,一方面可以在太阳暴晒时把阳光反射掉,同时在早晨有露水时,将冷凝的水输送到根部,到了冬天,绒毛还可以起到保暖的效果。可见,为了适应环境,植物比人类更“拼”。

海椰子是一种来自塞舌尔群岛的非常特殊的植物,它在进化过程中发生了巨大的变化。它所生活的地方由于地球板块运动的结果,与非洲大陆发生了分离。在小岛上想要传宗接代不容易,种子如果太小容易被海浪冲走,这时候种子变大就成了进化的趋势。但这同时带来了一个问题,大种子一般只会落在植物的下方,容易被母亲遮挡阳光和水分。在这样的生存压力之下,海椰子进化出了像脐带一样的结构,叫营养锁。营养锁有时能达到1米,甚至是5米长,它会从距离种子掉落几米远的地方重新长出来。

自然选择的压力是方方面面的,除了来自各种环境条件,也可能来自天敌。高山流石滩上有一种植物叫囊距紫堇,它有一种天敌是绢蝶。为避免成为绢蝶幼虫的“盘中餐”,囊距紫堇进化出了具有灰色叶片的个体,与环境中砾石石块的颜色非常相似,不容易辨别。后来,科学家大量的野外观察表明,具有灰色叶片的囊距紫堇大都能逃过绢蝶幼虫的迫害存活下来。

王康说,在动物界,很多人喜欢听长颈鹿的进化故事,仅仅是因为它的脖子。事实上,有一种植物的进化与长颈鹿施加的压力有关。长颈鹿的食物中有一种是驼刺合欢,由于食用量大,这种植物的生存压力极大。为了抵制长颈鹿无止尽的需求,这种植物长出了刺。这对长颈鹿当然也是一种折磨,它的反馈就是让舌头变得又长又粗糙。 此外,植物也有应激反应,叶片会分泌苦涩的单宁,于是长颈鹿通常不会在一棵驼刺合欢下停留太久,吃几口就会另换一棵。

植物的“智慧”是被迫产生的

达尔文一生研究过许多植物,他最喜欢的植物是什么?

1860年夏天,达尔文发现一种叫圆叶茅膏菜的植物竟然具有捕捉昆虫的神奇能力。他大为震惊,并由此对这种植物捕捉动物的现象产生了极其浓厚的兴趣,“对我来说,植物界里几乎没有比食虫植物更引人关注的发现”。他还曾表达过,“与世界上所有物种的起源相比,我更关心茅膏菜的起源”。

王康也表示,在达尔文这些植物进化的著作中,《食虫植物》格外吸引人。达尔文对大量食虫植物做了观察和实验,详细描述了它们的形态和运动特征,尤其在植物生理学方面进行了很多探究,例如叶的热效应和敏感性、分泌液的消化能力、运动冲动的传导途径等。

食虫植物一般包括猪笼草类、瓶子草类、捕虫堇类、狸藻类、茅膏菜类。茅膏菜是食虫植物中的一个大类,它非常精致,叶片上长有腺毛,能分泌粘液,看上去就像挂满了露珠,晶莹剔透。于是,它就利用自己甜美的外形和花蜜吸引昆虫落在它们突出的腺毛上。一旦昆虫降落,茅膏菜便利用黏液把它粘住,每一根腺毛都开始向昆虫弯曲,将它团团围住。茅膏菜可以利用消化液分解昆虫的软组织。几天后,它才会重新张开,把昆虫的残骸抛入风中。

捕蝇草也十分有趣。叶的顶端长有一个酷似贝壳的捕虫夹,能分泌蜜汁,当昆虫闯入,能快速将其夹住,然后消化吸收。让王康惊叹的是,捕蝇草的触发机制非常精巧。构成捕虫夹的两片裂片内有6根触发陷阱的刺,这些刺并非每次被触动陷阱都会关闭,因为这样会消耗很多能量。刺至少连续碰到两根,陷阱才会关闭。

达尔文认为,食虫植物的行为是一种通过忽略那些不大可能是营养的刺激、以节约能量的适应性表现。有的具有陷阱式捕猎结构,有的则是通过分泌粘液来诱捕猎物。在他看来,这也是出于自然选择的压力,植物才会逐渐适应、进化到以多种方式来获取动物性营养,维持自身的生长和繁育。

“通过这些植物的独特行为,很多人觉得植物是有智慧的,但我并不认同。”王康强调说,植物的这些“智慧”是被迫产生的,是在生与死之间获得的一种适应,与人类的智识并不相同。

《中国科学报》 (2019-07-19 第6版 读书)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
捷龙一号火箭首飞送最大民营卫星入轨 SKA望远镜区域数据中心建设
中科院昆明植物所培育3个报春花新品种 小柯机器人:最新《自然》《科学》精选
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文