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温顺的植物是怎么变成“肉食者”的？数千万年来，进化走了这三步

来源：花匠小妙招时间：2024-11-11 08:17

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植物在人们的印象中是平静、温和的，但世界上也存在不少食肉植物，它们在捕获昆虫时显得十分“凶残”。

依赖土壤生存的植物是如何变成“肉食者”的呢?这起源于大约7000万年前，当恐龙在地球上游荡的时候，一种基因异常让一些植物变成了肉食者。

一项新的研究发现，这在一定程度上是通过一种隐秘的技巧实现的:重新利用原本用于它们的根和叶的基因，用它们来捕捉猎物。

研究人员说，一些非食肉植物花了数千万年的时间才转变成饥饿的肉食者，这个步骤只是其中的三个步骤之一。

向肉食的转变给这些植物带来了许多好处。

事实上，“食肉植物通过捕捉和食用富含营养的动物猎物来扭转局面，使它们能够在缺乏营养的土壤中茁壮成长，”研究人员在5月14日在线出版的《当代生物学》(Current Biology)期刊上写道。

为了研究食肉植物是如何进化的，由德国维尔茨堡大学(University of Wurzburg)副教授约尔格·舒尔茨(Jorg Schultz)领导的一个由植物学家和生物学家组成的国际团队比较了三种现代食肉植物的基因组和解剖结构。

食肉植物有数百种，但研究人员选择了三种相关的以昆虫为食的植物，它们都是茅膏菜科的成员。研究人员说，这三种植物都利用运动来捕捉猎物。

其中一种就是我们熟悉的捕蝇草，它是卡罗来纳州湿地的原生植物，曾影响过《口袋妖怪》中的角色。

另一种是水车草，为水生食虫植物，与捕虫草类似。其整株成长条状漂浮于水中，在其叶柄末端，有数根须状叶和捕虫夹，靠捕捉一些水蚤等小型水生动物补充营养。

第三种被调查的植物是美丽但致命的小茅膏菜(Drosera spatulata)，它在澳大利亚很常见。用甜味引诱着猎物，茅膏菜会用黏液粘住猎物，并用叶片将猎物卷食。

在对这些植物进行分析后，研究小组发现了食肉性的三个步骤。

首先，大约7000万年前，三种现代植物性食肉动物的早期非食肉祖先进行了全基因组复制，产生了其整个DNA或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副本，使其多样化，使它们能够服务于其他功能。

一些叶片基因发展成为诱捕基因，而肉食性营养和吸收过程则由原本为根系从土壤中寻找营养的基因引导。

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进化的第二步。

那时，传统的叶子和根就不再是必须的了。许多与肉食性营养无关的基因开始消失。

例如，水生水车植物的幼苗获得了一个早期的原根，但随着它们的成熟，原根无法发育。这是曾经是根系统的唯一残余。

研究人员说，由于丢失了这个基因和其他基因，在这项研究中观察到的三种植物是迄今为止被测序的基因最少的植物。

2013年，其他科学家小组的两项早期研究也在其他食肉植物中发现了类似的基因缺陷。

他们发现，一种水生狸藻类植物在除南极洲以外的所有大陆上都能繁茂生长，还有一种原产于巴西的螺旋形覆盖地面的植物，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，这些食肉动物可能也经历了同样的基因脱落过程。

在向食肉动物转化的第三步，这些植物经历了特定于其环境的进化变化。

研究人员发现，根和叶的进化是针对陷阱的。曾经用来从土壤中寻找和吸收养分的根的基因，现在被用来产生消化和吸收猎物养分所需的酶。

曾经用于分泌花蜜来吸引传粉昆虫的腺体中的基因被召唤到陷阱中，在那里它们产生物质来吸引猎物。

大多数有叶和根的植物含有成为食肉动物所必需的物质。

研究人员写道，这项新研究揭示的三个步骤表明，随着时间的推移，古老的“非食肉植物如何进化成地球上最熟练的绿色猎人。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://www.livescience.com/how-carnivorous-plants-evolved.html