资料来源：《科学技术日报》
植物喜欢吃肉或环境强迫的“重口味”
本报记者赵汉斌
在植物的“朋友圈”中，pitcher肌裂畸形等待食虫植物几百年来，中国的代表人物一直备受关注。
如今，在中国的网上购物平台上搜索“食虫植物”将产生数百个结果；有无数专门经营食虫植物的商店，包括20多家皇冠商店。一家商店拥有10万多名粉丝并不罕见。
随着夏季的到来，中小学生的科普活动迎来了一个新的高峰。世界上有很多食虫植物吗？在漫长的历史中，植物是如何进化出吃昆虫（即肉类）的“嗜好”的？它们如何捕食动物？在学术界，关于食虫植物的最新研究和争论是什么？这也成为了孩子和家长们关心的问题。
食虫动物起源之谜：在贫瘠环境中生存的反击
了解食虫植物，“氮”是绝对的主角。在植物界，所有食虫植物都“顽强”的原因是为了争取更多的氮。
我们知道，植物吸收无机元素作为养分，这些元素来自岩石和矿物的风化以及有机物质和动物的腐烂。氮是植物中含量仅次于碳、氢和氧的最丰富的元素。没有它，大多数植物将无法完成其生命周期，其他元素也无法取代它们。
氮是1772年发现的。氮占地球大气的78%，是氧的四倍，是氨基酸、蛋白质和核酸的重要组成部分美国康涅狄格大学迈克尔·C·杰拉尔德教授《生物学之书》大气中的氮被动植物降解，然后转化为一系列营养物质。
人们普遍认为植物直接从大气中吸收氮，但1837年，法国农业化学家让·巴普斯迪特·布森戈证明（JeanLauDehua）错了，他展示了植物从土壤中吸收氮的方式。氮从无机物质同化为有机化合物是许多植物细胞的主要代谢活动。
一般来说，草本植物主要在叶片中吸收硝酸盐，而许多草本植物吸收硝酸盐伍迪灌木在根部吸收这些硝酸盐。在单一物种中，硝酸盐同化的位置通常取决于硝酸盐的供应：当硝酸盐含量丰富时，叶片是主要同化部位，但当硝酸盐供应有限时，根系成为主要同化部位。通过植物氮素同化过程中的一系列复杂操作，土壤和叶片无机氮的有效性与植物合成各种含氮化合物的需求有关。
“在这片辽阔的土地上，并非每一寸土地都是肥沃的土壤。在许多地方，有沙石荒地、高山山坡和长期缺乏养分的水域。各种恶劣和贫瘠的环境给植物的生存设置了许多障碍。”植物科学专家邱席告诉记者，食虫植物在生存的压力下，开始以自己的方式反击食肉动物。
同时，应该指出，食虫植物不是一个单一的物种，而是能够捕食、消化和吸收某些昆虫和节肢动物的植物群。虽然它们通常被称为“食虫植物”，并且都有捕捉昆虫的共同技能，但它们的遗传关系却截然不同。它们来自10科17属，共有600至750种。
捕食能力之谜叶片结构提供了凶猛的昆虫捕手
然而，食虫植物的起源一直是相关研究中最具争议的问题之一。
金星捕蝇器是食虫植物之星，1760年由北美北卡罗来纳州的大地主阿瑟·乔本山首次描述。他在写给植物学家、英国皇家学会会员彼得·柯林森的信中说，“这是植物界一个非常新奇和未知的现象敏感植物”。柯林森将他的样本交给了英国植物学家约翰·埃利斯，他将其命名为维纳斯捕蝇器。埃利斯向当时著名的植物分类学家发表了演讲林奈信中详细描述了工厂的情况，“叶子的内表面覆盖着微小的红色腺体，这些腺体会分泌甜味的汁液来吸引贫穷的动物进食。当这些柔软的腺体接触到动物的四肢时，两侧的叶子会立即站起来，抓住昆虫，并通过两侧错开的叶子的刺牢牢锁定猎物，直到它们死去。”“是的”。
事实上，更准确地说，组成捕蝇器的两部分叶子表面有三根鬃毛。它们是触发器。如果蝇笼的叶片未关闭超过20秒，则叶笼越近，且昆虫未触及的时间越长，必须关闭的时间就越多。因此，如果叶笼未关闭超过一秒钟，则必须再次关闭，表面上经常可以看到“斗争”和昆虫残留物的痕迹。
然而，在声誉之下瑞典生物学家林奈不仅驳斥了埃利斯的结论，还将其视为类似含羞草的“敏感植物”。即使经过埃利斯的长期研究和无可辩驳的证据，林奈仍然拒绝承认植物的食肉属性。当时，许多人都表示赞同，问题的焦点仍然是植物如何吃肉。
直到达尔文在这个时代，越来越多的人观察到更多的植物可以捕捉和消化小动物。1875年，达尔文出版了一本新书《食虫植物》本文给出了合理的解释。“数百万年前，这些植物生长在潮湿的沼泽中，面临着氮的缺乏，而氮是制造蛋白质的元素。”意大利佛罗伦萨大学植物神经生物学国际实验室负责人斯特凡诺·曼库索说。
“当你贫穷时，你想改变”并不是只有人类才能理解的真理。经过长时间的进化，植物已经改变了叶子的形状，把它们变成了昆虫陷阱，并利用美味、富含蛋白质的昆虫和其他小动物作为新的营养来源。”秋西说。
由于只有少数化石记录，食虫植物的进化仍有许多谜团，尤其是它们捕虫器的不成熟结构，由于各种原因，这些结构可能在化石中缺失。然而，大多数古代昆虫诱捕器的结构可以从现代昆虫诱捕器的结构中推断出来。这些昆虫诱捕器有不同的形式，但各有其优点。他们吸引并探索了无数科学家和植物爱好者。
狩猎和消化的奥秘取决于多种“吃”昆虫的能力
植物世界里的这些“动物杀手”看起来很凶猛。事实上，它们只能捕食某些昆虫。这些昆虫最多是小青蛙和蜥蜴。
教授约翰·波顿桑德逊在伦敦大学应用生理学的研究对象同时是达尔文，最初是青蛙和哺乳动物中发现的电脉冲。在与达尔文交流后，他发现了一个电信号，即按下维纳斯捕蝇器的两根鬃毛可以导致捕蝇器关闭，这也是电活动调节植物发育的第一个例子。
100多年后，阿拉巴马州奥克伍德大学的亚历山大·沃尔科夫和他的同事证明，电刺激本身确实是昆虫捕捉器关闭的触发信号。
此外，对于捕蝇器来说，每次关闭都会异常消耗能量，每个捕蝇器可以使用3到4次，最终会失去关闭的能力。因此，在植物园中，维纳斯捕蝇器只隐藏在游客难以到达的地方。
到目前为止，植物学家发现食虫植物主要有五种基本的昆虫捕捉机制——包括消化酶笼状或瓶状昆虫捕捉器，用于捕捉细菌或消化液；粘液昆虫捕手，全身都是粘液滴；快闭夹捕虫器；本实用新型涉及一种能够产生真空并吸食猎物的囊状捕虫器，以及一种具有向内延伸的毛须以迫使猎物进入消化器官的龙虾笼捕虫器。“在进化树中，食虫植物的来源有很大差异。加上昆虫捕捉机制的差异，不同的食虫植物在“接触”和消化方面有很大差异。”秋西说。
一般认为，植物的完整食虫过程必须包括三个过程：吸引、捕获和消化。同时，猎物必须被消化成氨基酸和铵离子等易于植物吸收的产物。因此，植物能否产生消化酶被视为判断其是否具有食虫性的标准。
食肉植物的研究一直是科学家们感兴趣的热点。不久前，中国科学院许多研究机构与香港大学合作使用代谢组学方法进行分析。瓶草以及食肉植物叶片和捕蝇器粘液等捕蝇器中的组织特异性代谢产物《科学》在下面《分子科学》论文的发表揭示了其中含有大量纳米颗粒，这加深了人们对食虫植物分泌的天然水凝胶粘液的理解。
此外，在食虫植物和昆虫之间，植物利用触角、视觉或气味信号作用于昆虫。
“然而，由于缺乏研究材料和高实验难度，近年来相关成果很少，对食虫植物的研究仍集中在一些经典问题上。”秋西说，除了起源和进化，关于食虫植物如何协调与传粉者的关系，还有许多未解之谜。
最新评论