植物是如何逆袭成为“吃荤”的?熟练的绿色猎人 —— 食肉植物
Venus flytraps 捕蝇草—绿色猎人
大约7000万年前,一种基因的异常让一些植物变成了肉食者,这在一定程度上是通过一种隐秘的方式来实现的:将原本用于根和叶的基因进行重新利用,转而用来捕捉猎物。一些非食肉植物花了数千万年才让它们变得饥饿的,但食肉的转变也给了这些植物很多优势。实际上,食肉植物通过捕捉和食用营养丰富的动物猎物,从而扭转了局面——使它们能够在营养贫瘠的土壤中茁壮成长。
为了研究食肉植物的进化过程,德国维尔茨堡大学的Jörg Schultz副教授带领了国际植物学家和生物学家团队从数百种食肉植物中选择了三种相关的食虫植物(都属于茅膏菜科),并且比较了三种现代食肉植物的基因组和解剖学。
Dionaea muscipula;图片来源于网络
Drosera spatulata;图片来源于网络
1) 首先,大约在7000万年前,这三种现代植物性食肉动物的一个早期非食肉祖先经历了一次全基因组复制,从而产生了其整个DNA(基因组)的第二个副本。这种复制释放了叶子和根基因的一个拷贝,让基因变得多样化,使它们发挥其他功能。一些叶子的基因发展成诱捕性的基因,以及根系的肉食性营养吸收过程是由基因来诱导的,不然根系会延续从土壤中寻求营养。
2) 当植物开始从猎物那里获得新的营养时,它们就开始了向食肉动物转变的第二步。那时,传统的叶子和根就不再是必要的了,便导致了许多与肉食性营养无关的基因开始消失。
“早在2013年,其他科学家在其他食肉植物中发现了类似的这种基因缺乏的现象。他们发现:一种生活在除南极洲以外的所有大陆的水生狸藻和一种原产于巴西的螺旋形地面覆盖植物,与非食肉植物相比,它们的基因组都非常小。这项新研究的研究人员说,这些食肉动物的基因可能也经历了类似的过程。”
3) 在向食肉动物转变的第三步,植物经历了特定于环境的进化变化。研究人员发现,这种植物的根和叶进化成特定的“陷阱”。曾经用来从土壤中寻找和吸收养分的根的基因,现在被征用来制造消化和吸收猎物养分所需的酶。曾经用于分泌花蜜吸引传粉昆虫的腺体基因被用于“陷阱”之中,从而通过捕食猎物来获取营养。
该研究揭示了随着时间的推移,古老的“非食肉植物”是如何进化成地球上最熟练的绿色猎人的。(原文链接:https://www.livescience.com/how-carnivorous-plants-evolved.html)
图片来源:David Jennings, University of South Florida
动物的“茅厕”——相当有创意的获取营养的方式 婆罗洲的一种猪笼草(Nepenthes rafflesiana elongata),已经进化成小毛蝠的理想栖息地,这种关系是互惠互利的。
图片来源:Ch'ien Lee