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长嘴飞蛾只爱这朵兰花

来源:花匠小妙招 时间:2024-10-17 18:10

  1862年1月25日下午,冬日里温暖的阳光穿过窗子,洒在达尔文的书桌上。达尔文在环球航行之后,就患上了一种奇怪的慢性病。在疾病的折磨下,达尔文只好放弃了野外考察,留在家中,一边修养,一边做研究。他的研究工作,很大程度上都要靠朋友们寄来的标本来支持。

  现在,在达尔文的面前,安静地躺着一只包裹。这件包裹来自于著名的比杜尔夫田庄,寄件人是达尔文的老朋友贝特曼。贝特曼是远近闻名的兰花收藏家和植物猎人,他会亲自到野外采集标本和兰花的种子,还写过好几本关于兰花的专著。贝特曼知道达尔文也在研究兰花,就经常邮寄兰花的标本给他。

  贝特曼在包裹的附信中写到:“虽然我现在还不想皈依你的进化论,但是我愿意支持你做这件事。我愿意把我知道的关于兰花的事情都告诉你,也希望你的理论能帮我解释兰花们的奇特行为。”

  达尔文把老朋友的信件收好,开始小心翼翼的拆开包裹。随着包裹的打开,几种造型奇特的兰花标本展现在了达尔文的面前。

  喜爱植物的朋友应该都知道,兰花是一类形态特别奇特的植物。但是达尔文手里的这个兰花标本,实在是太奇特了。那是一朵白色的兰花,在兰花的唇瓣后方,长着一根长达30厘米的花距。花距是鲜花的花,距离的距。这是一种由花瓣或者花萼特化出来的管子形状的结构。在管子的底部,一般会长有分泌花蜜的蜜腺组织。在兰花里,常常会见到花距这种结构。这种长着超长花距的兰花,名字叫做大彗星风兰。

  对于兰花,达尔文也算得上是见多识广了。但是,当他看到大彗星风兰的时候,还是禁不住吃了一惊。对于达尔文来说,生物身体上的任何一种奇怪的结构,都应该有一个演化上的解释。越是看起来不寻常的结构,其背后的故事就越是奇特。

  按照达尔文的理论,兰花长出花距这种结构的意义。昆虫落在花朵上,目的就是为了吃到花蜜。而落下来在花朵上爬一圈儿,昆虫的身上就必然会沾上花粉,这就起到了帮助花朵完成授粉的目的。本来,昆虫完成授粉工作,花朵提供花蜜作为报酬,这是一个平衡的合作。但是,在一些特殊环境里,这种平衡关系也会被打破。

  有一种蛾子,它们可以凭借着高超的飞行技巧,把身体悬停在兰花面前,然后再用长长的舌头伸进兰花的花心里去舐食花蜜。悬停飞行的蛾子用不着落在花朵上,也能吃到花蜜,这就产生了一个大问题。作为报酬的花蜜被蛾子领走了,但是授粉的工作,却没有人做。所以,一种蜜腺部位向下凹陷的变异兰花就脱颖而出了。因为它们的蜜腺向下凹陷下去,飞蛾够不着,于是就只好把身体凑近花朵。这样,兰花的花粉就有机会粘到飞蛾毛绒绒的身体上了。

  但是,对于飞蛾来说,浑身沾上花粉可不是好事儿。兰花粘糊糊的花粉团让它们不得不额外消耗大量的能量,才能维持悬停飞行。于是,一些嘴巴更长的飞蛾则拥有了生存优势。它们仍然可以在不碰到花朵的情况下吃到花蜜。

  为了让飞蛾尽量靠近花朵,大彗星风兰的花距就越长越长。为了避免花粉粘在身上,飞蛾的嘴巴也会越长越长。一场飞蛾与大彗星风兰之间军备竞赛就这样展开了。不过,这种军备竞赛并不会无休止的进行下去。当飞蛾的长嘴给它带来的麻烦,与沾上大彗星风兰的花粉差不多时,长出更长的嘴就变得没有必要了。当飞蛾的嘴巴不再长长时,大彗星风兰的花距也就不再有进一步长长的动力了。

  想到这些之后,达尔文很快就做出了一个大胆的预言:大彗星风兰之所以有这样的结构,一定是有一种飞蛾长着同样长的嘴,可以吸取到大彗星风兰的花蜜,同时又能帮助它完成授粉的工作。

  达尔文关于长嘴飞蛾存在的预言,完全可以与爱因斯坦提出的太阳引力可以弯曲星光的预言相提并论。敢于用自己的理论提出预言,就意味着为自己的理论设定了一个可证伪的条件。如果预言被证明不成立,那么对应的理论也会被同时证伪。现在,科学爱好者都知道,具备可证伪度的理论,才是合格的科学理论。达尔文用进化论做出预言,这是极具科学精神的表现。直到70年后,科学哲学家卡尔·波普尔才正式提出了证伪主义这个概念。

  达尔文的预言让大彗星风兰和预言中的长嘴飞蛾一下子名声大噪。很多人专程跑到马达加斯加岛上寻找这种飞蛾。一些进化论的追随者,也希望通过找到这种飞蛾来证明进化论的正确性。还有些博物学家则想要得到长嘴飞蛾的标本。如果真有长着30厘米长嘴的蛾子,绝对可以卖出个好价钱。

  不过,大家都低估了这件事情的难度。马达加斯加虽然只是一个岛,但它的面积有59万平方公里,这比我国的四川省还要大18%。再加上马达加斯加岛上的地形和气候类型都很复杂。探险家们连找到大彗星风兰都不容易,更别提找到只有花期才会出现的长嘴飞蛾了。

  由于寻找长嘴飞蛾的过程并不顺利,1867年,一位学者干脆出版了一本书,讲述了他在马达加斯加岛的考察过程,直接暗示大彗星风兰是由超自然的力量创造的。甚至连达尔文的铁杆粉丝华莱士,也就是和达尔文同时提出自然选择理论的生物学家,他也倾向于大彗星风兰的古怪形态,可能只是一次意外突变的结果。他觉得,达尔文预言的长嘴飞蛾很可能并不存在。毕竟,一种长着30厘米长嘴的飞蛾,实在是有点儿不可思议。

  不过,最终达尔文还是赢了。1903年,也就是达尔文做出预言之后的第41个年头,两名探险者无意中在岛上发现了一种长嘴飞蛾,它的形状和达尔文描述的飞蛾非常相似。达尔文唯一没有说明的是,这些飞蛾的长嘴平时都是卷起来的,只有它们吮吸大彗星风兰的花蜜的时候,才会把30厘米长的长嘴伸出来。这些飞蛾昼伏夜出,人们很难注意到它们,即便有人在夜里看到它们,也几乎看不见它们细细的长嘴。

  后来,这种飞蛾被命名为非洲长喙天蛾。因为它谜一样的经历,人们还给它起了一个神秘的名字,叫作斯芬克斯蛾。

  斯芬克斯蛾绝对名副其实,这种长嘴飞蛾在后来的很多年里,一直都保持着它们的神秘。直到1992年,也就是达尔文提出预言的130年之后,科学家终于在高速摄影机的帮助下,拍摄到非洲长喙天蛾伸直自己的口器,插入到大彗星风兰花距当中采食花蜜的全过程。随着花距中的花蜜逐渐减少,悬停飞行的非洲长喙天蛾只好逐渐向花朵靠近,最终让大彗星风兰的花粉粘在了自己的身上。

  非洲长喙天蛾在世界各地有很多近亲,我国也有好几种。这些长喙天蛾就仗着自己的嘴巴长,常年干着偷吃花蜜但是却不给花朵授粉的勾当。这样看来,大彗星风兰与非洲长喙天蛾的比拼中,硬是逼着非洲长喙天蛾给自己完成了授粉,也算是打了个平手。

  不过,类似于大彗星风兰这种授粉与花蜜交换的策略,虽然看起来聪明,但在兰花中只能算得上是中规中矩的做法。毕竟,用花蜜与昆虫交换,也还是有成本的。有一些兰花,干脆就放弃了花蜜,它们吸引昆虫,用的是各种各样新奇古怪的骗术。

  我已经没法再用创业者来比喻兰花的在演化中的创新行为了,因为这些创新的生存策略,已经严重的违反了商业道德。在全世界两万多种兰科植物中,至少有超过7000种兰花,也就是总数量的三分之一,在用欺骗的手法吸引昆虫为它们授粉。

  南美洲有一种植物名叫金虎尾花,它是一种金黄色或者白色的小花,每朵花上有5个花瓣。这种花的蜜腺会分泌昆虫喜爱的油脂,吸引昆虫来给它授粉。与金虎尾花生活在一起的,有十几种不同的兰花,这些兰花长着与金虎尾花相似的花瓣和颜色,一样可以吸引昆虫。但是,与金虎尾花不同的是,所有这些兰花种类,都不为那些授粉的昆虫提供任何的回报。它们只是借用 了金虎尾花的外观,来骗取昆虫的信任。

  还有一类兰花,它们不仅会模拟食物的外观,还会模拟食物的气味。它们不仅能模拟出其他花朵的花香,还能模拟出苍蝇、甲虫这类食腐类昆虫喜欢的恶臭的味道。依靠食腐昆虫授粉的兰花,还会在花瓣和叶片上产生很多深色的斑点,这些斑点的样子,就像是腐烂产生的霉点。为了让陷阱更逼真,一些兰花的叶片和花瓣上甚至会长一些又长又密的细毛,这些细毛让它们看起来就像是真菌的孢子体和菌丝。这样以假乱真的模仿,连人都有可能骗过,更别提那些苍蝇和甲虫了。

  这种把自己伪装成食物的骗术,叫做食源性欺骗。这种骗术比起我们生活中常常遇到的仿冒知名品牌的行为更加恶劣。假冒的品牌虽然可恨,但只是赚取了真品牌的名气而已。假品牌在面对消费者的时候,好歹还是要提供一个类似真品牌的产品,才能骗取消费者的信任。但是食源性欺骗的兰花,连假的产品都不会提供,可以说是恶劣至极。

  还有一大类的兰花,名叫蜂兰。蜂兰广泛分布在欧洲、北非和西亚一带。如果你见过蜂兰的样子,就一定会对它酷似蜜蜂的花朵感到惊讶。蜂兰最下面的唇瓣,长得就像是蜜蜂的肚子和屁股。有些蜂兰的花朵上还长满了绒毛,看起来就像是毛绒绒的熊蜂。

  它们的花朵长成这个样子,当然不是因为它们喜欢模仿秀。它们正在把花朵伪装成雌蜂的样子,吸引雄性蜜蜂前来授粉。

  在南部欧洲,有一种蜜蜂,名叫地花蜂。每到初春的季节,地花蜂就破茧而出,开始寻找自己的爱情。地花蜂与我们常见的蜜蜂不太一样,它们的的社会中没有蜂后这个角色。它们依靠自由交配来产生后代。

  雄性地花蜂会比雌性的地花蜂孵化的时间早几天,这就给了蜂兰一个可乘之机。蜂兰会趁着这个短暂的空档期开花,它们的花朵不仅长得像地花蜂,而且还能散发出与雌性地花蜂身上的性激素非常相似的气味。在情窦初开的雄性地花蜂看来,那些在草丛中摇曳的蜂兰花朵,根本就是一只只花枝招展的雌性地花蜂。于是,它们毫不犹豫的飞向蜂兰,尝试着与花朵交配,结果,自然成了被利用的对象。

  科学家们曾经做过实验,他们把蜂兰、雄性地花蜂和雌性地花蜂放在一起,看看蜂兰和雌性地花蜂,到底谁对雄性地花蜂的吸引力更大。实验的结果让科学家们大跌眼镜。实验数据表明,雄性地花蜂被蜂兰吸引的次数明显多于雌蜂。以假乱真的蜂兰,竟然连雄性地花蜂都没办法正确辨认。

  这样的生殖策略显然对地花蜂非常不利。一些研究认为,雌性地花蜂之所以会比雄性更晚孵化,有可能就是为了躲开蜂兰的花期。如果,雌性地花蜂与雄性一起孵化,反而会因为不得不与蜂兰竞争,而影响了种群繁衍。授粉成功的蜂兰,就会停止分泌激素,它们的叶片也会枯萎脱落。这时候,雌蜂再孵化出来,就增加了交配的成功率,避免了蜂兰的干扰。这场竞争,以地花蜂逃避式的演化为最终的结局,蜂兰完胜。

  这种通过模拟雌性昆虫,吸引雄虫前来交配的策略,叫做性欺骗。这种欺骗方式的恶劣程度,基本上与电信诈骗差不多了。兰花在这里,完全没有考虑互惠共赢,它们的策略就是:欺骗你,与你无关。

  还有一类兰花,它们会把自己伪装成某类昆虫的巢穴。这类兰花中很有代表性的,就是生长在四川、云南和西藏东南部的西藏芍兰。西藏芍兰的唇瓣长得酷似熊峰的巢穴,采蜜疲惫的熊峰看见西藏芍兰就会钻进去休息。它哪里知道,这是一个精心设计的陷阱,只要熊峰一钻进去,西藏芍兰就会把准备好了的一大块花粉精确地粘到熊峰的背上。

  作为昆虫来说,一生也就只有三个理想,那就是食物、配偶和巢穴。兰花们简直抓住了昆虫的命门,把三种欺骗方式做到了极致,打得昆虫在这场竞争中毫无还手之力,彻底变成了任人宰割的韭菜。

  那说到这里,问题就来了,兰花凭什么能把拟态做到如此的极致呢?难道它们真的比其他植物更聪明吗?当然不是。我们在前面的节目里就反复强调了,演化没有方向,这是理解所有生命的大前提。既然演化没有方向,那么与兰花精妙绝伦的拟态相匹配的,一定是远高于其他植物的超高的变异数量。只有更多的变异,才能造就更多样化的基因。更多样化的基因,才能塑造出更精妙的拟态。

  但是,问题还是没有得到解答。兰花有什么秘密武器,能让它拥有比其他植物更多的变异呢?答案也很简单,那就是兰花能够产生数量极多的种子。兰花的种子,舍弃了胚乳这类占体积很大的营养组织。它们的每一粒种子,都轻得像一粒灰尘。在一粒桃核大小的兰花蒴果里,包含的种子数量可能有数百万之多。每一粒种子,都携带者一份略有不同的基因。这种生殖策略,自然能产生出更多的变异。这正是兰花奇异多样的生物学基础。

  不过,这依然不是问题的终点。你想想看,如果兰花想产生几百万粒能发芽的健康种子,就必须要几百万的花粉给它授粉才行。就算是那些被骗的昆虫兢兢业业,也不可能同时把几百粒花粉带到雌蕊上吧。这种超级高效的授粉,兰花又是怎么完成的呢?

  首先,兰花的结构,就与别的花朵特别的不一样。我们生物书上讲到花的结构,一般会介绍花是由四部分组成的:分别是萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊;兰花却非常特殊,兰花是由萼片、花瓣和一种叫作蕊柱的结构组成,它把雄蕊和雌蕊演化成了一个融合在一起的器官。普通花朵的花粉都是一粒一粒分散着的,但是,兰花的花粉则是粘糊糊的一团,有的还隐藏在蕊柱上的机关当中。当受骗的昆虫停留在兰花上的时候,一旦触碰机关,粘糊糊的花粉块就会被释放出来,牢牢地粘在昆虫身上。

  当昆虫来到下一朵兰花的时候,身上的花粉块就会触碰到兰花的蕊柱。这样数百万的花粉就被涂抹到了蕊柱上。这就是兰花能够高效授粉的秘密。

  那么,这就是兰花能够实现精妙的拟态,从而战胜昆虫的谜底了吗?仍然不是。因为我们还有一个终极问题需要回答。那就是这些轻如粉尘的兰花种子,既然自己连养分都没有携带,它们该怎么发芽呢?这是一个更加令人赞叹的生存策略。

  兰花的祖先起源于中生代。那个时代的地球,哪里有什么种子植物的生存空间,那里是蕨类植物的天下。但是,兰科植物的祖先还是找到了一个相对空白的生态位,那就是附生在岩石、悬崖或者高大的树干上。这些地方的特点是干燥、贫瘠而且缺少土壤,是蕨类植物看不上的地方。细小的兰花种子可以随风飘散,到达这类地方。

  光是到达还远远不够,这些兰花的种子由于没有胚乳,并不能直接发芽。它们会静静地等待周围的真菌侵蚀它们的外壳。真菌分解兰花种子外壳的时候产生的废物,正是兰花种子萌发所需要的养料。就这样,兰花的种子竟然奇迹般的与侵蚀它们的真菌达成了巧妙的共生。真菌分解了兰花种子的外壳,而兰花种子也因此获得了发芽的能量。

  大部分的兰花在长出根系和叶片之后,就能够摆脱真菌,独立生存。但是,也有些兰花干脆选择了终生与真菌共生的策略。它们的根部表皮逐渐演化出供真菌寄生的特殊结构,它们所需的所有养分,都通过真菌获得。你可能听说过有一种药用植物,名叫天麻,天麻就是一种与真菌共生的寄生兰花。

  最后,我们再来梳理一下兰花神奇的生存策略。

  兰花的种子通过与真菌共生,抛弃了胚乳,实现了体积最小化。

  最小化的种子,实现了超多种子数量的策略。

  兰花通过花粉块策略,为海量的种子实现高效率的授粉。

  超多种子,加上高效的授粉,实现了高水平的基因多样性。

  高水平的基因多样性,早就了兰花精妙绝伦的拟态能力。

  精妙得拟态能力,让兰花可以用极低的代价,操纵昆虫为它们授粉。

  这就是靠欺骗为生的兰花的生存策略。不知道你听了这些感觉如何。反正我第一次接触这些知识的时候,是非常震惊的。难以想象,最初为了在蕨类植物的夹缝中求生,一系列有趣的变异之后,竟然为兰花家族打开了如此广阔的一条演化之路。

  兰科植物的超级策略,让它成为了种子植物中第二大的家族。那么第一大的家族是谁呢?别着急,下一集里我就会为你揭晓。咱们下集再见。

  结尾废话:

  我国是兰花最重要的原产地,我国也有着悠久的兰花文化。有很多并不是兰科植物的花,只要是花朵长得像兰花,或者叶子细细长长的植物,我们都喜欢用兰给它们命名。比如说君子兰、吊兰、文殊兰、蟹爪兰、球兰、玉兰、米兰、蜘蛛兰、鸢尾兰、风雨兰,刚刚我说的这一大堆兰,其实都不是兰科植物。还有我们的《诗经》和《离骚》中记载的兰花,其实也不是兰,它们很可能是一种名叫佩兰的菊科植物。

  还有一些常见的植物,比如说石斛和刚刚提到过的天麻,它们的名字里不带兰字,但是却是地地道道的兰花。

  随着兰花这一集节目的结束,我们植物学有故事的节目也完成了一半了。感谢你这么长时间的支持和陪伴。关于兰花的故事还有很多,一期节目是肯定讲不完的,我们在后面的节目中还会继续讲到它们的故事。

  再见。

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