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兰花中的“奇葩”

发布日期:2018-02-14 22:52:11 作者:花草乐小编 阅读:
兰科是一个很大又很古老的科。有多古老呢?现在的基因测序数据显示它们在七八千万年前就起源了,那时候还是白垩纪晚期,所以它们还跟恐龙一起生活过一段时间。那有多大呢?兰科下面有880个属,不完全估计有21,950 到 26,049个种








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     首先,兰科是一个很大又很古老的科。有多古老呢?现在的基因测序数据显示它们在七八千万年前就起源了,那时候还是白垩纪晚期,所以它们还跟恐龙一起生活过一段时间。那有多大呢?兰科下面有880个属,不完全估计有21,950 到 26,049个种,这个物种数量大约和硬骨鱼的物种数量相等,是鸟类物种数量的两倍,哺乳动物物种数量的四倍,真真正正是以一个科吊打哺乳动物一个纲。

  不过,单单是物种数量大不足以解释为何兰科有这么多奇葩,因为菊科的物种数量也和它们不相上下,它们也是植物界中物种数量最大的两个科。下面这张图是典型的菊科花

兰花中的“奇葩”

  看起来样子都差不多,都是外面一圈舌状花序包围着中间的管状花序。虽然看起来不起眼,但它们有一个大招,花序:

兰花中的“奇葩”

  这是一张向日葵的花序的螺线:左旋55,右旋34。恰好符合斐波那契数列。因为植物必须安排尽可能多的小花在一起,增强“小花群体”的吸引力,同时还需要减少小花之间的相互干扰,小花相互之间的重叠越少越好,保证这些小花拥有平均的空间。最终菊科演化出了每旋转137.5度(2π×(1-0.618))安排一个花朵这样一个最合理的设计。都演化出斐波那契数列和黄金分割了,这一边的演化基本也就到头了,长得都差不多也在情理之中。

  反观兰科,它们也有一个大招,两侧对称的结构和,唇瓣(专门用来吸引昆虫授粉,而且也为昆虫构建了一个着陆的平台):

兰花中的“奇葩”

  这是一张典型的兰科花结构, 上面的名词意思分别是:An, anther 花药 ; G, gynostemium 合蕊柱; L, labellum 唇瓣; P, petal 花瓣 ; Pol, pollinia 花粉块; Ro, rostellum 蕊缘; Sl, lateral sepal 侧萼片; Sm, median sepal 中间萼片; St, stigma 柱头

  有了这些构造,变化就可以很多了。

  首先我们知道,植物有自花授粉和异花授粉两种传粉方式。前者的意思是雌蕊从自己这株植物的雄蕊上获得花粉,有可能是自己这朵花,也有可能是自己这株植物上的别的花。后者的意思就是从同一个物种的别的个体处获得花粉。当然前者要容易得多,因为毕竟离得很近,后者就需要用到风、水、昆虫甚至鸟类哺乳动物们的帮助。尽管很费力气,被子植物们还是更倾向于异花授粉,因为可以促进基因交流,避免交配来交配去都是自家那几个基因。这个道理在动物身上也是一样。动物们也是更喜欢没有亲缘关系的异性交配,而尽量避免近亲繁殖,因为远距离的基因交流往往能够诞生更强健的后代。

  下面开启拟人手法,并不是植物们真的有过这些想法,而是它们在漫长的演化过程中不断地随机突变试错,最终形成了稳定策略:

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  所以我们的兰科植物就开始想办法了,怎么样才能够更好地和异性交流(jiao pei)呢?

  显而易见,常规思路是,各取所需。你为我传粉,我给你一点花蜜。很多别的花都是这么做的。不过有着复杂花朵结构的兰科显然不满足于此。他们发现,如果用欺骗的方式把昆虫们骗过来,昆虫停留时间会变短,传份效率也就可以更高。这很好理解,假如是一只蜜蜂过来看见有花蜜,它一定会坐下来先美美地吃一顿,然后再拍拍屁股走人。但如果花朵伪装出了有花蜜的样子把蜜蜂骗过来,蜜蜂过来一看肯定就纳闷了:“咦,被骗了?走人。”不仅如此,它们还有一个更缺德的策略,使出美人计,伪装出一个异性的样子骗蜜蜂过来,蜜蜂过来又一看,这回果断就愤怒了:“格老子的!说好的美女呢!走人!” 植物学家们的观察也的确发现,在传粉速度上,的确是 食物交换 < 食物欺骗 < 性欺骗。

  于是演化史上最匪夷所思的一幕出现了,在两万多个兰科物种里面,足足有三分之一,也就是六七千种兰花,是靠欺骗传粉者的感情来授粉的………………

兰花中的“奇葩”

  上图中 (a)展示了欺骗型兰花 和 奖励型兰花 的 genetic differentiation (Gst, 遗传分化) 。遗传分化指的是,在一个种群中,由于缺乏基因交流,各个小种群之间等位基因频率差异的程度。这个值越小说明种群内部的基因交流越充分,越有利于选拔出优秀的基因和淘汰不良的基因。而 欺骗型兰花的Gst显然比奖励型兰花小得多。 (b) 一个食物欺骗型兰花的例子,Caladenia latifolia,由当地的蜜蜂传粉,中间鲜艳的合蕊柱看上去好像有花蜜的样子,然而并没有。(c)一朵诚实的兰花,真的会把花蜜献给来传粉的蛾子。

  有人问,难道昆虫们就这么被骗吗?它们难道不能学会辨识诚实的兰花和骗人的兰花吗?不过真的,辨别诚实的兰花和欺骗的兰花不是一件容易的事,杏黄兜兰、硬叶兜兰选择与颜色相似的油菜、杜鹃花一同开放,蜜蜂在采食这些花蜜的同时,也会受骗访问这几种兜兰。而且昆虫的记忆和分辨能力都有限,所以依然会一次次地钻入兰花的圈套。另一个更加有趣的食源性欺骗案例来自文心兰亚族:南美的金虎尾科植物的花有腺体,可以提供油脂作为食物报偿给授粉者,其生长地附近的数十种兰花(分属文心兰亚族不同的属)于是不约而同地演化出了和金虎尾极其相似的黄色花冠,这些兰花什么都不提供,却也让授粉者们稀里糊涂地为它们授了粉。

兰花中的“奇葩”

  文心兰亚科的食物欺骗:图A是金虎尾科植物的花,而其它所有的都是生活在附近的文心兰亚族的花朵。兰花们为了把自己改造得像金尾虎科的花,真是费尽了心机。

  一次次地上当受骗并没有瓦解昆虫与兰花们的合作关系。因为大自然提供了极为微妙的平衡:在同一个环境里,往往会有少量的兰花或者其他植物充当“老实人”提供真正的合作机制,使得昆虫不会一无所获;又或者频繁上当的昆虫会得到一些别的额外的好处——热衷于腐臭气味的昆虫虽然偶尔会落入兰花的圈套,但更多的个体找到合适的食物来源和产卵地,完成生命的延续。

  不仅如此,各种兰花的欺骗策略也不是一成不变的,种种欺骗手段都在兰科演化历史上独立起源了好多次。有时候是诚实有花蜜的兰花忽然就演化成没有食物的欺骗型了,有时候是食物欺骗型的忽然就演化成性欺骗型了,还有的时候是没有花蜜的欺骗型兰花忽然又开始提供花蜜了。总而言之,实在是纷繁复杂,真真假假,假假真真,也难怪我们的传粉使者被骗得晕头转向,最后只得老老实实地给兰花们传粉。

  上面我们说性欺骗的传份效率优于食物欺骗,不仅如此,性欺骗型兰花的演化成种也更快,很可能是因为要分化成不同的种去骗不同种类的昆虫。(画外音:你造我们一个个地去配合昆虫去骗它们有多辛苦吗?)

兰花中的“奇葩”

  左边的上下两朵花分别是食物欺骗型和性欺骗型,可以看出下面的成种速率要快得多,而相应地,它的Gst (遗传分化)值,也要低于食物欺骗型,显示它们的基因交流更充分。

  论文中Ophrys(蜂兰属)的配图也许不太好,换另一张照片,你可能就见过了:

兰花中的“奇葩”

  这是兰科蜂兰属的植物Ophrys apifera,专门引诱出来给自己找花蜜吃的雄性熊蜂。它不仅看起来像一只雌性熊蜂,而且,还能释放着与熊蜂雌性激素极为类似的一种气味,两者一结合,雄性熊蜂立刻就抵挡不住了,火急火燎地上来交流(jiao pei)了。作者:吴亮

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