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南方菟絲子何方神聖

2022-04-15由 茶無弄 發表于 林業

菟絲子是高等植物嗎

我是一種獨特的植物,我沒有葉片,也沒有根,我靠吸收其他植物的水分和營養生活。我叫南方菟絲子。

我還是一粒種子。當雨水浸透土壤,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。透過土壤,我依稀能看到外面的光亮了。

幾天後,我終於破土而出,這個時候的我和許多普通植物幼苗都不同。我沒有子葉(也就是種子剛萌發出來的時候,頂部兩片小小的綠色的“葉片”),也沒有真正的根,只是一根黃白色的、半透明的絲狀體。我的幼苗上部分開始慢慢地像揮舞馬鞭那樣不斷轉動,向遠處探尋,尋找寄主——那棵能為我的生存提供營養的植物。

南方菟絲子何方神聖

菟絲子幼苗出土時沒有子葉

尋找寄主拼的不僅是實力,還有運氣。我的體記憶體儲的營養非常有限,我必須在營養和能量耗幹之前找到寄主,否則就會死去。事實上,在一週到兩週內找到寄主的幸運兒,只是很少一部分罷了。我想,這就是我們菟絲子產生很多種子的原因吧!

我是個幸運兒,沒花很多時間,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,然後立即啟動了寄生模式。我的身體很快發生變化,有的地方逐漸凸起,形成植物學家稱為“吸器”的組織。吸器開始插入寄主大豆的莖內部,不斷長大並分化出不同的結構,這些結構和大豆的營養、水分傳輸系統緊密地結合著。

哈哈!兩天後,我成功地完成了我的第一次入侵,開始從寄主得到營養。

一週後,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、蛋白質和礦物質。由於營養源源不斷地供應,我逐漸長大,卻發現自己仍然與周圍植物相差很大。我沒有葉片也沒有根,只有藤蔓狀的莖!怎麼回事?我竟然缺少了一般認為植物必須有的根和葉片!但植物學家說,我依然還是一種高等植物。

寄生完成後,菟絲子攀附在寄主植物上瘋狂地生長。

其實,我們菟絲子並不孤單。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寄主生活。我們也有一個共同的特徵,那就是所有的寄生植物都進化出了吸器。所以,也不能說吸器是我們菟絲子所特有的。

寄生植物對寄主的依賴程度不同,有的沒有寄主就不能生存(專性寄生植物,比如我們菟絲子),有的也可以自己獨立存活(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行光合作用(半寄生植物)。

我的進化歷史一直都是一個謎。以前植物學家讓我單獨成一個科,但後來發現那是不對的,又把我放到旋花科。時至今日我才知道,原來紅薯、牽牛跟我是比較近的親戚。而更多關於我演化歷程的資訊,來源於不久以前基因組測序工程的完成。這項工程是中國科學院昆明植物研究所博士吳建強課題組完成的,順便提一下,我可是第一個被基因組測序的寄生植物哦!

科學家們發現,我的基因組裡面缺失了大量與葉片及根部功能相關的基因。於是他們提出一種假說,認為在很久以前,我們祖先並非這般模樣。他們有葉也有根,獨立自主地透過葉片光合作用合成糖分,透過根吸收土壤中的水分和礦質元素。他們自由地生長,是自養型的個體,卻在機緣巧合中透過某種未知的機制,進化出了吸器。從那時起,自然界普通植物必須做的光合作用和吸取水分、營養等工作,對於我們就不太重要了,我們直接就可以用吸器從寄主植物裡面獲取。

因此,我們的根和葉片就逐漸退化消失了。這些重要器官的發育和生長是由很多基因控制的,我的祖先不斷地把這些基因丟掉、丟掉,到我這裡已然所剩不多。也正因如此,才造成我今日的不同。至於吸器是怎麼進化來的,目前還沒有結論,但科學家們根據研究結果提出,吸器的產生可能與根相關。

南方菟絲子何方神聖

寄生模型示意圖

一個有趣的現象是,我很少生病,吃我們的蟲子也不多。難道我對病蟲害有免疫嗎?其實不是這樣的,研究發現我的基因組裡面抗病和抗蟲的基因非常少,是祖先們把病蟲害響應的基因丟掉了。較為可信的解釋是,我們都沒有了葉片和根,失去了這些容易發生病蟲害的器官,就難以得病了,所以還保留那麼多抗病的基因幹什麼呢?都丟掉吧!

還有一個讓人們大跌眼鏡的事情是,我的基因組裡面丟失了很多與控制開花時間相關的基因。普通的植物有一套非常嚴密的基因網路,可以透過感受溫度、光照等外界因素來控制自己什麼時候開花,這樣才有了一年四季不同植物在不同時間開花的景象。很有可能我的開花時間的調控和普通植物也是非常不同的。怎麼不同,為什麼不同?我還是等待科學家們揭開這些事情的謎底吧。

我得感謝科學家們,幫我們解開了這麼多的秘密。不過,我的小小的身體裡面還藏有很多有趣的故事呢,真期待科學家們幫我揭曉更多的答案!