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食肉植物它們真的只是被動的捕食昆蟲嗎?

植物學家過去認為,食肉植物只是被動地捕捉獵物。然而,最新研究卻顛覆了這種觀點。

自發現第一例食肉植物起,已有很多關於這類藏身於遙遠熱帶叢林中的可怕植物的報導,人們早已接受存在食人樹或嗜血花的事實,植物學家也自認為對食肉植物如何捕捉獵物已經研究得很透徹了。然而,植物學家最近前往婆羅洲的沼澤森林,運用高速攝影機鏡頭對豬籠草進行觀察,結果得出足以顛覆以往觀念的結論。他們指出,豬籠草在捕捉獵物時所使用的手段,比人們先前認為的更「陰險」更「主動」,它們的狡猾超乎想像。

缺乏蠟質區的豬籠草為何依然能有效捕獲獵物?

同其他外表可怕、動感十足的食肉植物比起來,豬籠草的捕蟲過程似乎很簡單。捕蠅草

可以在不足一秒的時間內突然關閉,

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將那些麻痹大意的昆蟲們關在裡面;茅膏菜

利用其觸鬚作為「粘蠅紙」設下圈套,迅速包圍獵物;狸藻長有一種囊狀物,其吸水能力非常強,當昆蟲觸及氣囊上的剛毛時,便被吸入成為狸藻的食物。

相比之下,豬籠草似乎只有一個類似「陷阱」的捕捉器。至少,植物學家們原先是這樣認為的。

在東南亞潮濕的森林中,有100多種豬籠草,它們生長在貧瘠的土壤上,或者緊貼樹木,成為其附生植物。在豬籠草的內部,有一個裝滿液體的水罐樣的結構,這就是捕蟲囊,是由葉片上部特化而成的,豬籠草正是使用它來捕捉、消化昆蟲並攝取營養。捕蟲囊的大小不等,小到拇指樣,大到可容納3升液體。在捕蟲囊的頂部有一個明顯的邊緣,或者說是「圍口部」。在捕蟲囊內部的下方有蜜腺,蜜腺能引誘獵物。捕蟲囊內部的管壁很平整,上端有很多蠟質物,非常光滑,下端有呈點狀分布的腺體,能分泌大量消化酶,有助於消化分解獵物。


過去人們認為,豬籠草捕蟲囊的蠟質區是捕捉昆蟲最重要的結構,不論是螞蟻還是蒼蠅都因無法在蠟質區立足而跌入捕蟲囊下方的液體區。

另外,蠟質區還阻斷了試圖再爬出來的昆蟲的去路。然而,植物學家沃爾特在仔細觀察後發現了一個奇怪的現象:不少昆蟲常常是直接跌入液體區的,並未接觸到蠟質區。他還發現:有些豬籠草根本沒有蠟質區,有些豬籠草不僅沒有蠟質區,甚至也沒有捕蟲囊,可它們依然能有效地捕捉獵物。這是為什麼呢?

在「水罐」濕潤的邊緣究竟發生了什麼?

為了探究其中的原因,植物學家沃爾特和他的同事前往婆羅洲西北部的汶萊,那裡有富含泥炭的沼澤森林。他們計劃觀察不同種類的螞蟻在不含蠟質的二距豬籠草上的行為學表現,並利用高速攝影機記錄下它們的活動,檢測它們掉入豬籠草的捕蟲囊——他們稱之為「水罐」——的次數,詳盡記錄它們試圖再爬出的過程。然而,令他們感到沮喪的是,幾乎沒有什麼值得記錄的,正像在他們之前的研究者所指出的那樣,很難目睹這種植物捕捉昆蟲的情形,大多數進入「水罐」的螞蟻居然都安全地離開了。

然而,隨後一天,研究有了突破性的進展,沃爾特他們被眼前出現的一幕驚呆了:一隻蒼蠅掉進了「水罐」,正當它掙扎到「水罐」邊緣準備逃走時,卻莫名其妙地被突然卷到「水罐」的中央,再沒能脫身。之後,又有許多蒼蠅遭遇了同樣的命運,它們無一例外地都落入了液體區。無計可施的蒼蠅們漂浮在液體中,不斷掙扎。

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在「水罐」邊緣此時究竟發生了什麼?有跡象表明,在這些螞蟻掉入後,「水罐」內突然產生了一股液體,阻止了蒼蠅們靠近「水罐」邊緣。沃爾特等人經仔細觀察後發現,此時「水罐」的邊緣顯得很有光澤,而且特別濕潤,正是這一特點使得「水罐」邊緣排斥水,雨水落在上面也會形成水珠滑落下去。顯然,「水罐」邊緣一定具有某種化學物質使它高度保濕。沃爾特將水滴到「水罐」邊緣,發現水滴在數秒內展開,並在表面形成一層薄膜,正是這層水膜阻止了蒼蠅與植物表皮直接接觸,從而有效地消除了蒼蠅的抓取力。就好像在濕潤的公路上行駛的汽車一樣,蒼蠅在濕潤的「水罐」邊緣如同坐上滑板,徑直跌入植物的「血盆大口」。

「水罐」邊緣竟有如此神奇的作用,這一發現讓沃爾特他們興奮不已,因為之前的研究者都忽略了這一點,他們大都認為「水罐」邊緣並不是食肉植物捕捉獵物的裝置,其作用不過是為蒼蠅等昆蟲提供一個看似安全的著陸點。顯然,他們都沒有仔細觀察過濕潤情況下的豬籠草。

沃爾特進一步觀察發現,濕潤的「邊緣」對於那些具有蠟質管壁的豬籠草來說也是很重要的。例如在紅豬籠草中,當「水罐」邊緣乾燥時,光滑的蠟質使螞蟻、蒼蠅等因無法立足而跌入下方的液體區,這一點和以前的研究結果是一致的。但是,當「水罐」邊緣變得濕潤時,螞蟻等便源源不斷地從邊緣部位徑直掉入液體區,捕捉效率提高了三倍。沃爾特說:「我們懷疑昆蟲滑向『水罐』邊緣是豬籠草獵食的一個基本步驟。就算有些豬籠草不具備其他捕捉構造,但『邊緣』構造是不可或缺的。」


拉非爾斯豬籠草利用「彈力橡膠」製造獵物陷阱。

沒有蠟質管壁的豬籠草為什麼照樣能成功捕捉昆蟲?這個問題也讓其他研究者感到困惑。法國女植物學家勞倫西為此專程前往汶萊進行研究。她的研究對象是拉非爾斯豬籠草,這是一種具有廣泛的捕獵食譜的食肉植物。

勞倫西注意到,在拉非爾斯豬籠草的「水罐」裡的液體捏起來感覺黏糊糊的,用手指擠壓可以形成黏性絲狀物。她還注意到,凡是掉入這種液體中的昆蟲都不可能逃脫,因為它們越是抗爭,就越使自己更快地被弄濕並下沉。勞倫西開始懷疑:這種液體對豬籠草捕捉獵物是否有幫助?

通過實驗分析,勞倫西很快排除了液體具有消化昆蟲的作用,因為在實驗室裡,在將昆蟲從這種液體中弄出來時,它們並沒有死,而且還能繼續活動。經檢測發現,這種液體的成分與水有些不同。

勞倫西使用高速攝影機拍攝掉入液體的昆蟲,有了意外的發現:當一隻蒼蠅掉入裝有水的試管中時,它在數秒內便成功飛出,對於一隻螞蟻來說也是如此,它能很快遊到試管邊緣並成功爬出;但是,如果將蒼蠅或螞蟻扔進裝有拉非爾斯豬籠草分泌出的液體的試管中,它們則無一倖免。起初,它們不斷地掙扎,但很快就被液體包圍,翅膀和腿都無法移動。有一段影像非常清楚地顯示:在液體中形成了一根黏性絲狀物,牽製了蒼蠅的腿的移動;蒼蠅開始掙扎,但它越掙扎被纏得越緊,那情形就和人陷進流沙一樣。

勞倫西意識到,這是一種典型的含有長鏈聚合物的混合液體,即所謂「粘彈性液體」。在這種液體中,任何運動都會使聚合物變形、拉長併產生絲狀物。如果停止運動,聚合物則會慢慢地恢復到原先的鬆弛狀態。掉入「水罐」液體中的昆蟲快速地移動四肢,使液體產生絲狀物,就像一根根彈力橡膠帶將昆蟲牽製住,昆蟲要想擺脫這種羈絆是非常困難的。它們唯一的脫身方法是儘可能地緩緩移動,但這幾乎不可能,因為昆蟲一旦掉入液體中,它們就會因恐懼而不斷掙扎、撞擊液體。它們掙扎得越起勁,液體就將它們捆得越緊。勞倫西說:「整個液體都會變得非常硬,昆蟲就好像在凡士林裡游泳一樣。」

拉維斯豬籠草

主要生長在多雨的地區,因此這種「粘彈力液體」製造的陷阱就具有一種優勢:就算液體被稀釋了,也同樣可以持續、高效地發揮作用。現在,研究者已經仔細研究了這種液體的化學成分,發現它和其他粘彈性植物的黏膠一樣,包含多糖。他們進一步想知道的是這種液體在豬籠草中的分布到底有多廣泛。勞倫西說:「我們目前掌握的初步數據表明,有多種豬籠草可能都使用了這種『粘彈性液體』陷阱,其普遍性可能超出人們的想像。」

豬籠草設定的陷阱看似簡單,實則暗藏諸多玄機!

豬籠草的「粘彈力液體」的發現使植物學家們改變了以往的看法,他們指出,豬籠草植物並非只能被動地捕捉獵物。勞倫西說:「豬籠草可能沒有捕蠅草那麼活躍,但它們的捕捉機制同樣基於昆蟲的活動。」

最新研究結果進一步強化了他們的上述觀點。在2015年至2016年間,勞倫西等人數次返回汶萊。他們在拉維斯豬籠草的「水罐」邊緣安裝感測器,結果發現,「水罐」邊緣的濕潤程度具有明顯的時間循環性:不論是否下雨,在一天的多數時間裡,「水罐」邊緣都保持乾燥,並未捕獲任何獵物;但是,從傍晚至第二天清晨,「水罐」邊緣變濕潤了,能高效捕捉獵物。他們還觀察到,拉非爾斯豬籠草在夜晚分泌的花蜜更多,而這些花蜜被實驗證明具有吸濕性,能吸收空氣中的濕氣,這樣也延長了「水罐」邊緣的保濕時間。

不過,讓科學家感到費解的是:這究竟是為什麼呢?他們猜測,食肉植物具有間斷性捕捉機制,這看起來是一種進化缺陷,但沒準也是它們「獵食策略」的一部分。以大多數豬籠草的主要獵物螞蟻為例。當食物供應不足時,螞蟻就會派出「偵察兵」尋找食物,一旦「偵察兵」發現了食物來源,則會立即返回蟻巢通知它們的同伴。可以想像,如果一個「偵察兵」在一次尋覓中遇到了濕潤的「水罐」,它就會一去不復返;但如果它遇到的是乾燥的「水罐」,它就會返回蟻巢並帶來更多的螞蟻。勞倫西總結說:「其實,這樣的策略比起連續低效的捕捉更能捕捉到大量獵物。」

勞倫西還認為,拉維斯豬籠草的這種捕食行為也許並非它所獨有。其他食肉植物啟動捕捉的機制可能不同,不僅與晝夜交替有關,還可能與氣候變化、植物生長位置、植物蜜腺分泌情況等有關,也許正是這些不可預知性共同促成了食肉植物的這種「獵食策略」——間斷性地捕食,以防止獵物進化出相應的躲避措施。勞倫西解釋說:「對豬籠草來說,不可預知性是非常重要的。螞蟻造訪『水罐』邊緣,可能致命,也可能安然無恙。在沒有到達之前,它們永遠不可能知道真正的結局。」

如此看來,豬籠草設定的陷阱看似簡單,實則暗藏諸多玄機!現在,植物學家已經打算將食肉植物歸入主動性進攻生物之列。


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