前不久中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園記錄的寄生花開(kāi)全過(guò)程,在驚艷大家的同時(shí),也讓人感到頭皮發(fā)麻?;ò晟厦芗狞S色斑點(diǎn)簡(jiǎn)直是密恐人群的噩夢(mèng),同時(shí)不少人想到了食人花,甚至鬼吹燈里的尸香魔芋。
其實(shí)寄生花(Sapria himalayana Griff.)是大花草科寄生花屬下的一個(gè)種,1987年,在云南西雙版納的基諾山上出現(xiàn)過(guò),而在之后的幾十年里,中國(guó)境內(nèi)幾乎沒(méi)有看到寄生花的蹤影。而我們應(yīng)該更熟悉它的那位被稱為“食人花”的近親大王花。
1818年,在英國(guó)不列顛東印度公司遠(yuǎn)東地區(qū)的總督托馬斯·斯坦福德·萊佛士爵士(Sir Thomas Stamford Raffles)管轄新加坡的前一年,他與自然學(xué)家約瑟夫·阿諾德博士(Dr. Joseph Arnold)在印尼西部的一座名為蘇門答臘(Sumatra)的島嶼上進(jìn)行了一次野外考察。
在茂密的熱帶雨林中,他們發(fā)現(xiàn)了一種異常巨大的花,它的直徑可達(dá)1米,約有7公斤重,花冠血紅色并且?guī)в邪唿c(diǎn),散發(fā)著劇烈的腐臭味。更令人匪夷所思的是它并沒(méi)有明顯的根、莖、葉等器官,約瑟夫·阿諾德將它形容為“植物界中最偉大的奇才”。
后人將其命名為阿諾德大王花(Rafflesia arnoldii),以此紀(jì)念科學(xué)探險(xiǎn)隊(duì)的率領(lǐng)者約瑟夫·阿諾德,并且以萊佛士的名字將這一類花命名為萊佛士花屬(Rafflesia),我們現(xiàn)在稱其為大王花屬,不過(guò)你可能更熟悉它“食人花”、“腐尸花”等外號(hào)。
大王花與寄生花同屬于大花草科(Rafflesiaceae Dumort)。大王花是世界上花朵最大的植物,主要生長(zhǎng)在海拔500-700米高度的熱帶雨林中,有“世界花王”的美譽(yù)。
其大可吞人,在它的花心部位有一個(gè)巨大的缺口,像嘴巴一樣大張著,并且有鋸齒般的小突起,散發(fā)著尸體腐爛的惡臭味,在各種民間傳說(shuō)的神化下,它成為了“食人花”的原型之一。雖然大王花這個(gè)物種離我們很遙遠(yuǎn),但它在影視劇及游戲里十分活躍,而尸香魔芋屬于天南星科里的一種同樣具有腐肉氣味的植物。
然而大王花真的不吃人,準(zhǔn)確地說(shuō)它并不食肉,這樣看來(lái)它比豬籠草以及捕蠅草等還要友善一點(diǎn)。大王花是一種寄生植物,主要寄生于藤本植物的根、莖、葉處。奇特的是,它完全舍棄了根、莖、葉等營(yíng)養(yǎng)器官,也沒(méi)有葉綠體光合作用給自己制造養(yǎng)分,只剩下非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。于是乎大王花生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分全部來(lái)源于寄主——它通過(guò)退化成菌絲狀的器官,侵入寄主的組織內(nèi)吸取營(yíng)養(yǎng)。
不同于大多數(shù)的開(kāi)花植物,大王花不需要經(jīng)過(guò)生根、發(fā)芽、茁壯成長(zhǎng)等營(yíng)養(yǎng)發(fā)育階段,便直接進(jìn)入開(kāi)花期,大王花的這種生命周期是十分特殊的。它在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里都保持著胚胎的狀態(tài),然而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期醞釀開(kāi)出的巨大花朵,只能維持4-5天。
大王花在生長(zhǎng)發(fā)育初期,以一種類似于植物內(nèi)生菌(Endophyte)的菌絲狀結(jié)構(gòu)生存于寄主體內(nèi)。顧名思義,植物內(nèi)生菌是一定階段或全部階段生活于健康植物的組織和器官內(nèi)部的真菌或細(xì)菌。
進(jìn)入花期之前,大王花的全部生命活動(dòng)都在寄主體內(nèi)進(jìn)行。起初這種內(nèi)生鏈結(jié)構(gòu)僅為一層細(xì)胞寬,隨后單列的細(xì)胞沿垂直于軸的方向進(jìn)行分裂,產(chǎn)生多列結(jié)構(gòu),但是在此過(guò)程中細(xì)胞并未發(fā)生分化,保留著未分化胚細(xì)胞的基本特征:細(xì)胞核較大,顆粒狀胞質(zhì)致密,有時(shí)會(huì)有小液泡出現(xiàn)。
這些細(xì)胞聚集形成淚珠狀的寄生細(xì)胞群,被稱為原球莖(protocorm)。隨著原球莖的繼續(xù)生長(zhǎng),細(xì)胞才開(kāi)始分化,出現(xiàn)各種服務(wù)于開(kāi)花的結(jié)構(gòu),比如形成苞片以防止花苞在沖破寄主根與莖部堅(jiān)硬的木質(zhì)組織時(shí)受到傷害。
有趣的是,大王花的花苞剛從藤蔓上冒出時(shí),只有乒乓球那么大。經(jīng)過(guò)9個(gè)月的緩慢生長(zhǎng)之后,卻能夠變得十分巨大,其外面包裹著的黑色薄膜發(fā)生脹裂,露出玉紅色的花苞。
在花期的最后一天,其血紅色花瓣逐漸變黑并開(kāi)始凋零,在幾周內(nèi)就會(huì)變成一灘粘稠的黑色物質(zhì)。而成功受粉的雌花會(huì)在接下來(lái)的7個(gè)月內(nèi)逐漸形成一個(gè)半腐爛狀的球狀果實(shí),直徑可達(dá)15厘米,具有棕色的木質(zhì)化表皮,果皮下充滿乳白色、富脂質(zhì)的果肉,其中包含著上千枚紅棕色的微型種子。
目前并未有直接的研究表明大王花的種子是如何傳播的,也不知道它是怎樣寄生于宿主身上。有學(xué)者認(rèn)為大王花種子具有粘性,鹿、野豬等動(dòng)物無(wú)意間觸碰到它們之后,就會(huì)被攜帶到處繁衍。
由于大王花的生長(zhǎng)發(fā)育都在寄主體內(nèi)完成,直到將要開(kāi)花時(shí)才出現(xiàn)在體外,它在絕大部分時(shí)間里都是“隱而不見(jiàn)”的,這極大地增加了科學(xué)家們?cè)谝巴鈱ふ掖笸趸ǖ碾y度,可謂真正的“可遇不可求”。也正因如此,在大花草科植物被發(fā)現(xiàn)后的兩個(gè)世紀(jì)里,其在自然系統(tǒng)中的地位一直無(wú)法被確定。
雖然大王花沒(méi)有傳言的那么可怕,但是它對(duì)人類似乎也不太友好,劇烈的腐臭味讓我們難以接近,有人甚至形容大王花的氣味為腐肉和糞便味混合的氣味。所以不難理解為什么早先的探險(xiǎn)家會(huì)將其當(dāng)做食人花——這種味道應(yīng)該來(lái)源于它剛吃過(guò)的人的尸體吧。
現(xiàn)在我們知道了大王花的這種腐臭味來(lái)源于自身合成的揮發(fā)性物質(zhì),很多大型動(dòng)物在面對(duì)大王花獨(dú)特的“花香”時(shí)的反應(yīng)也和我們一樣,會(huì)盡可能避而遠(yuǎn)之,所以大王花得以躲避很多的“災(zāi)難”。你可以想象一下,如此巨大的花朵,如果大象剛好路過(guò),想不踩到可能都很難。
而這種腐臭味正好是蒼蠅等腐食動(dòng)物的最愛(ài),這些小動(dòng)物剛好也可以幫助自己傳粉,于是大王花便盡全力將這一特點(diǎn)發(fā)揮到極致。有些種類的大王花為了使自己的味道傳的更遠(yuǎn),還能夠產(chǎn)熱以促進(jìn)揮發(fā)。另外在具有較大花朵的大王花種群中,它們中央圓盤頂部的手指狀突起可以充當(dāng)輻射器發(fā)散裝置,以起到進(jìn)一步分散氣味的作用。
所以也不難理解為什么大王花的體型如此之大。在較為昏暗的熱帶雨林底部,較大的花更容易被傳粉者發(fā)現(xiàn),具有一定的遺傳優(yōu)勢(shì)。但是考慮到寄主本身對(duì)于寄生植物的承載能力,或者花本身的限制,大王花的體型并不能無(wú)限生長(zhǎng),它存在一個(gè)臨界值,所以大王花需要通過(guò)其他的手段來(lái)幫助自己完成盡可能多的傳粉,比如上文提到的吸引腐食動(dòng)物的腐臭味,而較小及中等體型的大王花種群會(huì)通過(guò)產(chǎn)生更多的花來(lái)彌補(bǔ)單個(gè)花體型上的不足。
為了更好地扮演腐肉,大王花血紅色的花瓣上點(diǎn)綴了鮮艷的或白或黃的斑點(diǎn),在蒼蠅等小動(dòng)物循著氣味找來(lái)時(shí),不至于有上當(dāng)受騙的感覺(jué)。此外大王花表面的毛狀結(jié)構(gòu)很好地模仿了動(dòng)物皮毛的觸感,所以當(dāng)這些小昆蟲(chóng)落抵達(dá)花上時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一種找到腐肉的幻覺(jué)。大王花可以說(shuō)很注重這些傳粉者的嗅覺(jué)、視覺(jué)與觸覺(jué)體驗(yàn)了。
有些被迷惑的昆蟲(chóng)還會(huì)在大王花上產(chǎn)卵,不過(guò)等待著這些將要孵化出來(lái)的小生命的必然是缺乏食物而死亡。
仔細(xì)觀察大王花的話,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它的花具有很奇特的花室結(jié)構(gòu),這在一定程度上可以起到困住傳粉者的作用,以最大限度地延長(zhǎng)其在花中的時(shí)間,以增加蒼蠅等腐食生物與花柱或花藥的接觸機(jī)會(huì)。
大王花的花室是由花被與環(huán)形的中空隔膜組成的類似于房屋內(nèi)庭的結(jié)構(gòu),花被即花萼和花冠的總稱。大花草科植物里不同種的花具有不同的花室形態(tài),當(dāng)然有的種類并沒(méi)有花室。花室內(nèi)有一個(gè)被稱為中心軸柱的結(jié)構(gòu),其上帶有大王花的生殖器官雄蕊或者雌蕊。
A.大王花 由五片花被裂片形成的一個(gè)輪生體和隔膜組成花室
B.Rhizanthes 無(wú)隔膜,中心軸柱暴露在外
C.寄生花 兩個(gè)輪生體(各五片花被裂片,共十片)和隔膜組成花室
除了延長(zhǎng)昆蟲(chóng)的停留時(shí)間,雄花也會(huì)形成液體狀的花粉液漿。當(dāng)傳粉者與花藥接觸時(shí),花粉液漿會(huì)沉積在它的背上。即使液漿變干,花粉仍能存活數(shù)天。而當(dāng)花粉與雌花柱頭表面接觸時(shí),花粉又會(huì)重新水化,以此完成受精。
為了繁殖大王花可以說(shuō)是相當(dāng)盡力了,并且形成了一套近乎完美的繁殖系統(tǒng)。只可惜其極短的花期和極低的種群密度,一朵花再完美又如何呢?傳粉動(dòng)物在幾天的花期內(nèi)找不到另外一朵異性花,最后還是得不到很好的繁殖。自然的,大王花在1984年就被列為“世界范圍內(nèi)遭受最嚴(yán)重威脅的瀕危植物”。
如果要保護(hù)好這類植物,我們需要了解它們的繁殖方式以及遺傳發(fā)育相關(guān)的生物學(xué)信息。2018年,時(shí)隔幾十年后我國(guó)科學(xué)家在距西雙版納500米處的區(qū)域再次找到了兩株寄生花,其中一株開(kāi)雄花,一株開(kāi)雌花。研究人員對(duì)其進(jìn)行人工授粉,6個(gè)月之后,收獲了成熟飽滿的果實(shí)。這意味著中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園是世界上第二個(gè)、同時(shí)也是中國(guó)首個(gè)獲得寄生花種子的植物園。
寄生花果實(shí)外觀為黑色,呈糊狀而扁平的圓盤形,直徑約為6厘米,同樣地散發(fā)著令人不悅的氣味。經(jīng)過(guò)清潔處理后,研究人員一共獲得38907顆種子,每粒種子的長(zhǎng)度僅為40至50微米,與寄生花的大小形成鮮明的對(duì)比。
那么大王花與寄生花為什么能夠長(zhǎng)到如此之大呢?科學(xué)家通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)分析發(fā)現(xiàn),大花草科是在約4600萬(wàn)年前從花朵較小的大戟科中分化出來(lái)的。隨著時(shí)間的推進(jìn),其花冠增加到20多厘米,直到近100萬(wàn)年才快速進(jìn)化,成為世界上最大的花。
即使現(xiàn)在生物技術(shù)取得了飛躍性的進(jìn)展,但是這種“可遇不可求”的大花草科植物仍然十分很神秘。我們成功獲得寄生花的種子無(wú)疑邁進(jìn)了巨大的一步,而對(duì)其遺傳與進(jìn)化的分析也可以幫助我們解開(kāi)“大王花為何如此之大”的疑惑。
它們身上確實(shí)還有許多未知值得我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>
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神奇的植物:大王花,以其臭味被稱為“霸王”. 中國(guó)管科院紅豆杉中心. 2019.7.19
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中國(guó)唯一的“寄生花”近30年后重現(xiàn)西雙版納(組圖). 中國(guó)新聞網(wǎng). 2019.1.20
罕見(jiàn)的寄生花,三萬(wàn)八千顆種子收獲不易丨Science 活物誌科技日?qǐng)?bào) 2019.9.15
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