植物是如何逆袭成为“吃荤”的？熟练的绿色猎人 —— 食肉植物

撰文 | Lemma

Venus flytraps 捕蝇草—绿色猎人；图片来源：Kuttelvaserova Stuchelova/Shutterstock

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。

第一种植物是熟悉的捕蝇草 ( Dionaea muscipula ) ，卡罗莱纳湿地的原生物种。

Dionaea muscipula；图片来源于网络

第二种是与捕蝇草关系密切的浮水草本植物—貉藻( Aldrovanda vesiculosa ) ，它具有腺毛和感应毛，受刺激时两半以中肋为轴互相靠合，外圈紧贴，中央形成一囊体，以此捕捉昆虫。

Aldrovanda vesiculosa； 图片来源于网络

第三种植物是美丽但致命茅膏菜植物(Drosera spatulata)，在澳洲很常见，用甜味引诱昆虫。

Drosera spatulata； 图片来源于网络

研究小组发现了这些植物在演变成食肉植物所经历重要的三个步骤：

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 ）

在最后一起来欣赏一下，大自然的鬼斧神工——食肉动物

“粘液陷阱”茅膏菜和捕蝇草一样，也能在受到猎物刺激时移动它们触手状的附属物。但是毛毡草与捕蝇草相比移动相对缓慢，所以它们依靠一种粘性黏液来捕捉昆虫。

图片来源： David Jennings, University of South Florida

“凶残迷宫”— 眼镜蛇百合花的“美丽的恐惧深渊” 臭虫被芳香的花蜜引诱到水罐中，发现自己仿佛迷失在迷宫般的错误出口中，之后臭虫便会沿着光滑的管道进入一个充满细菌的“小水池”，在那里臭虫便成为植物可口的饭菜。

图片来源：Jaime Pharr, Dreamstime

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：Holger Bohn

此外，婆罗洲的猪笼草用甘甜的花蜜吸引树鼩。如果树鼩在吃东西时想上厕所，它们可以完美地坐在猪笼草，但这对植物来说这不是一件坏事，它们57%到100%的氮都是从树鼩的粪便中获取的。

图片来源：Ch'ien Lee

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