自然界中有一類生物無法自己獲得營養來維持生命活動,只能通過寄生其它生物來維生,這樣的生物被稱為寄生生物。常見的寄生生物就有各種寄生蟲和微生物,其實植物界也有懂得「寄生之道」的植物,比如菟絲子。菟絲子是一種既沒有根莖也沒有葉子的植物,但是它能靠寄生其它植物生存,更不可思議的是它還能開出花來。
根據報導,近期《國家科學院院刊》發表了一篇來自中科院昆明植物研究所的研究論文,該論文指出該研究所的吳建強團隊利用分子生物學技術和遺傳學對菟絲子開花的機制進行深入研究,最終揭開了菟絲子在寄生的情況下也能夠與寄主保持同步開花的秘密。那麼菟絲子是一種什麼樣的植物?研究人員又發現了什麼?
菟絲子是一種什麼樣的植物?
根據論文介紹,菟絲子是一種典型的寄生植物,由於它並沒有生長出根和葉,所以維持生長和生命活動的所有營養和水分你都需要從寄主那裡獲得。研究表明,菟絲子在演化過程中出現了根和葉的退化,這導致它原本賴以生存的光合作用能力逐漸減弱,最終喪失了這項功能,因此它不得不寄生在其它植物上獲取養分。
菟絲子在寄生的過程中利用自己僅有的莖緊緊地纏住寄主的莖,然後生長出吸器進入到寄主的莖裡面,然後從中獲得營養物質和水分。開花是許多植物的典型特徵,這一特徵有助於植物繁衍後代、感知生存環境的情況,而開花需要依靠葉片的光合作用,而菟絲子這種植物只有莖,它並沒有根部和葉片,但研究人員通過觀察發現它可以和寄主實現同步開花。
沒有葉片的菟絲子如何做到和寄主同時開花?
由於菟絲子在野外是一種常見的植物,再加上它比較細小,通常需要近距離仔細觀察才能發現它的存在,因此一直以來人們都沒有關注它的開花問題。沒有根部和葉片來獨立獲得營養的菟絲子能夠開花,這一現象還可以用它的寄生能力進行解釋,但它每次開花幾乎都和寄主的開花時間一致,這讓研究人員感到好奇。
於是昆明植物研究所的研究人員對多種被子植物進行基因分析,發現有一種名為成花素的蛋白質決定了植物是否能開花。一般情況下,植物的葉片會合成成花素,然後通過內部植物管道將其運送到頂端組織,從而誘導開花。為了研究菟絲子與寄主同步開花的問題,研究人員先對大豆植物進行基因分析,發現大豆植物生成成花素後也會運送到菟絲子中。
這已經能夠解釋為什麼菟絲子沒有葉片也能開花,隨著研究的深入他們發現大豆的成花素進入菟絲子體內後會與另外一種蛋白結合,從而形成複合體。研究人員表示,這個複合體相當於啟動開花的信號,不僅讓菟絲子開花,還讓它跟上了寄主的步伐。
原來菟絲子一直都在「竊聽」寄主
從以上的研究中我們可能會認為是寄主主動給菟絲子傳遞開花信號,但實際上是菟絲子一直在「竊聽」寄主體內的生物信號。寄生生物為了能夠獲得生存機會,必須開闢從寄主身上獲取信息的渠道。通過這條渠道,寄生生物不但可以偷偷地從寄主體內獲得生存資源,還可以獲得寄主的其它生理信息,例如上文提到的開花信號。
在如今的地球上,任何一種動植物都有自己獨特的生存之道,大多數動植物都能自力更生,但也有一些物種必須依靠其它物種才能生存。對於寄生植物,筆者認為人類不必對其做過多的負面評價,它雖然不像大豆那樣有經濟價值,但它在科學研究上依然有研究價值。