動物的共生——大自然的自然之道,也是最「奇妙」的現象之一

2020-09-05 宇宙小百科

共生是指兩種不同生物之間的密切合作和互利關係,是自然界中普遍存在的現象。動物、植物、原生動物和真菌之間存在共生關係。根據共生的性質和目的,共生可分為有益共生、寄生共生和互惠共生。有益共生是指一方受益,另一方不受影響的共生關係;寄生是指一方受益,另一方受損的共生關係;互利共生是指互惠互利的共生關係。

如今,研究人員發現了更多新奇的共生現象,這也為人類與其他生物的共存和生態環境保護提供了新的思路。

植物與脊椎動物的共生

一般認為自然界中大多數物種的共生都發生在界的範圍內,即動物與動物共生、植物與植物共生、原生動物與原生動物共生。但事實上,共生現象發生在大量的跨界物種中,如動植物之間的共生。然而,在過去,研究人員發現物種的跨界共生通常發生在低等原生動物和動植物之間。現在研究人員發現植物可以與高等脊椎動物共存。

加拿大戴爾豪斯大學的柯尼等人發現,綠藻,一種水生植物,可以寄生在動物蠑螈的胚胎中,而蠑螈是脊椎動物。過去,人們認為魚類、鳥類、爬行動物和哺乳動物(包括人類)等脊椎動物都有一個獨特的免疫系統,可以排斥任何進入其體內的異物。因此,植物不會在脊椎動物中生長。

當然,以前的研究人員也知道綠藻可以寄生在低等動物身上,比如鞭毛蟲。綠藻含有豐富的葉綠素,當綠藻進入鞭毛蟲體內時,會使其變綠。鞭毛蟲沒有消化道,甚至沒有嘴。因此,綠藻進入鞭毛蟲最重要的作用就是為鞭毛蟲提供食物和能量。由於綠藻富含葉綠素,它們可以通過鞭毛蟲的皮膚吸收陽光,進行光合作用,併合成食物來支持鞭毛蟲。反過來,綠藻也可以利用鞭毛蟲的排洩物作為營養物質,因此它在鞭毛蟲體內終生生長。

但斑點蠑螈中綠藻的發現改變了人們對共生的看法,證明了植物可以與脊椎動物共存。

北美斑點蠑螈只有在捕食和繁殖時才會出現。在繁殖過程中,它們在池塘中產卵,讓卵漂浮在水面上,這為卵與藻類密切接觸提供了機會,而藻類最喜歡池塘環境,因為那裡陽光充足,不易受到其他生物的幹擾。

柯尼等人偶然發現這些斑點蠑螈的卵是綠色的。原來蠑螈的卵囊裡有綠藻。然而,綠藻進入蠑螈卵內並不是一種簡單的寄生關係,而是卵囊中的綠藻為蠑螈胚胎提供氧氣,綠藻也從胚胎排洩物中獲得所需的氮。因此,這是一種互利共生。

為什麼綠藻會進入斑點蠑螈的胚胎細胞?研究人員認為,綠藻進入成年蠑螈生殖細胞有兩種可能。一種是斑點蠑螈胚胎中的綠藻可能來自蠑螈的親本,這是一種垂直傳播;另一種可能是蠑螈從環境中吸收藻類,或者藻類鑽入蠑螈體內。但不論怎樣,綠藻進入蠑螈體內說明,植物與脊椎動物可以互利互惠的共生。

像夫妻那樣忠誠的專性共生

從共生形式上看,有特定共生和兼性共生。前者意味著共生生物需要共生關係來維持生命;後者意味著共生只會提高共生生物的生存概率,但並非必要。因此,共生有時是不對稱的。在共生中,很可能一個有機體是強制性共生體,另一個是兼性共生體。

現在,研究人員在動植物共生中發現了一種新的強制共生現象,就像人類的一夫一妻制一樣。這種特殊的共生關係是植物釋放自己獨特的化學氣味來吸引動物,從而幫助植物繁殖和生存。同時,這些動物也需要植物來生存和繁殖。

研究人員早就發現,植物利用花粉的氣味吸引蜜蜂授粉,無花果樹也依靠這種機制吸引一種特殊種類的蜜蜂,無花果黃蜂為它們的花授粉。然而,目前還不清楚花中的什麼物質能吸引榕小蜂。

中外科學家聯合分析了榕樹隱花花序的揮發物,並檢測了榕小蜂對揮發物的行為反應。結果表明,榕樹通過釋放一種不常見的揮發性化合物,對其傳粉榕小蜂具有特殊的吸引力。因此,研究人員也了解了榕樹與榕小蜂之間的特定共生關係。

研究人員觀察到的榕樹是雞嗉子榕,榕樹有隱匿的頭狀花序,在開放期產生一種特殊的氣味來吸引榕小蜂。結果表明,4-甲基茴香醚佔榕樹開放期揮發物的94%~98%,是吸引榕小蜂的主要物質。

其它榕樹花序揮發物中不含4-甲基茴香醚。這也意味著榕樹釋放的4-甲基茴香醚是獨一無二的,它只能吸引無花果黃蜂。其他不含4-甲基苯甲醚的無花果樹對榕小蜂沒有吸引力。

4-甲基茴香醚是從榕樹中提取的一種稀有揮發性化合物。正是由於它的稀有性和獨特性,它建立了對榕小蜂、傳粉者的特異性吸引,並建立了獨特的榕小蜂特有的共生關係。

榕樹與榕小蜂之間的特殊共生關係並不意味著只有榕樹才能獲利。相反,榕小蜂會依靠這種特殊的共生關係定居下來。這裡也是榕小蜂繁殖的地方。

冒死也要共生

既然共生是一種互利的關係,那麼這兩個物種之間不應該有任何損害。然而,有時一些物種為了與那些可能傷害自己的物種產生共生關係而戰鬥到死亡,這就要求共生物種具有更高的生存智慧和生存方式。例如,豬籠草是食肉植物,吃一些昆蟲和小動物。即便如此,一些小動物也不得不與它們形成共生的戰略夥伴關係。

豬籠草獵殺動物的原因是它通常生長在養分缺乏的土壤環境中。它需要捕食昆蟲和小動物以獲得足夠的氮以維持生長和生存。世界上最大、最美麗的豬籠草是馬來王豬籠草。雖然豬籠草的嘴大到可以吞下一整隻樹鼩,但在多年的研究中,研究人員從未在豬籠草中發現樹鼩的屍體,而含有更多肉的樹鼩應該是王豬籠草的美味獵物,這讓研究人員非常困惑。

現在,研究人員逐漸了解到樹鼩與豬籠草有著特殊的共生關係。研究人員在測試豬籠草的內部物質時發現了一些剛被住在豬籠草旁邊的樹鼩排洩的糞便。樹鼩是靈長類動物的一個小親戚。他們用豬籠草的陷阱袋作為廁所,樹鼩的糞便可以滋養豬籠草,因為任何動物的排洩物都含有豐富的氮,而氮正是植物所需要的。

雖然樹鼩使用豬籠草的陷阱作為廁所,但危險是顯而易見的。如果它們掉進去,它們將成為豬籠草的美味佳餚。但是樹鼩有一種高超的能力,可以把豬籠草的捕蟲袋當作馬桶。

相比之下,豬籠草與動物更緊密的共生關係不是樹鼩把它當作廁所,而是另一種動物蝙蝠,它把豬籠草作為自己的棲息地或臥室,長期地與殺手豬籠草共存。蝙蝠躲在豬籠草的陷阱裡捕捉昆蟲的食物,蝙蝠的排洩物是豬籠草很好的營養物質。

然而,蝙蝠把陷阱當作臥室是一個長期的風險,甚至是終生的風險。蝙蝠如何避免被陷阱吞食的危險呢?

汶萊大學的烏爾曼·格拉夫副教授及其研究小組在婆羅洲沼澤地發現的蝙蝠和豬籠草都有自己的特點。前者是一隻小型哈氏長毛蝙蝠,後者是一個萊佛士豬籠草,它擁有超長的捕蟲囊。此前的研究發現,萊佛士豬籠草捕食的昆蟲數量只有婆羅洲其他食肉植物的1/7,因此,不算是厲害的豬籠草。

格拉夫等人是在研究萊萊佛士豬籠草補充氮攝入量時,發現小毛蝙蝠生活在豬籠草的捕蟲囊中。此外,小型哈氏長毛蝙蝠生活在萊佛士豬籠草捕蟲囊中部。即使在萊佛士豬籠草的一側,也有一個圍欄供蝙蝠用作床,這樣長毛蝙蝠可以避開陷阱的底部,以保護長毛蝙蝠不被萊佛士豬籠草吞食和消化。

萊佛士豬籠草為它們提供了庇護所,長毛蝙蝠能夠更好地捕食諸如蚊子、夜蛾、金龜子和尼姑蟲之類的獵物。當然,長毛蝙蝠的糞便也能滋養萊佛士豬籠草。這不僅是一種危險,也是一種典型的動植物共生現象。

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