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寸步难行的植物是如何完成开枝散叶、繁衍后代的任务的?
植物搭“顺风车”
植物生长依靠阳光和养分,如果植物的种子都直接掉落地上,并蜂拥在母体植物的阴影之下生长,它们将无法获得足够的阳光和养料,植物也就不可能顺利地繁衍后代。但是,植物不像陆地动物那样能行走,不像鸟那样能展翅高飞,也不像鱼那样能畅游水中,它们是如何完成繁衍后代这个艰巨而重要的任务的呢?
实际上,为了将种子散播到四面八方,植物在进化的过程中演化出了各种生存策略。一些植物的种子上长有小小的钩状物,钩在过路行人的衣物或动物的皮毛上,被带到远离母体植物的地方,然后被掸落或自行散落,在新的环境中扎下根来。一些植物如蒲公英和枫树,它们的种子就像降落伞一样,可以随风飘荡到别处去“开疆辟壤”。一些植物利用某些动物喜欢埋藏食物的习性,借助这些动物将自己的种子转移到新的地方——动物在将种子带到某个它们认为的隐秘之处埋藏起来后,有时会忘了去取食,于是种子就在那里生根发芽。还有一些植物则将种子隐藏在成熟的果实中,动物吃下果肉,将种子随便扔在什么地方,它们的排泄物还能成为种子生长极好的肥料。
如此看来,植物虽然寸步难行,但有了这么多好的办法,开枝散叶、繁衍后代的任务也就难不倒它们了。
植物的“高速公路”
风有时能将人、树木甚至建筑物刮倒,但对于一些植物来说,风却是它们周游世界的“高速公路”,风甚至可以将植物种子或植物孢子携带到千里之外。也正是这肉眼不可见的“高速公路”,解释了长期以来一直令植物学家困惑不解的一个问题:为什么苔藓、地衣等不开花植物,虽然无法利用昆虫帮助授粉,却能够千里“旅行”到新的地方扎下根来。
卫星图片揭示,在南半球靠近南极洲的一些岛屿,风通常是以反时针方向绕行的,但有时风向也会发生变化,比如变成螺旋形。研究人员将从卫星图片上获取的风的这些运行模式与南半球的植物数据进行比较后发现,风对苔藓、地衣和其他一些不开花植物的生长起着重要的作用。例如,在南大西洋南部,布维岛和赫德岛之间相隔4430千米,它们共有30%的苔藓品种,29%的地钱品种(一种苔类植物),32%的地衣品种;相比之下,高夫岛和布维岛之间只相隔1860千米,但它们共有的苔藓品种却只占到16%,地钱品种只占到17%,地衣品种则根本没有。
而对于蕨类植物和开花植物来说,上述分布模式则不存在。这又是为什么呢?科学家认为,这是因为这些植物没有“御风而行”的习性。
植物发荧光召唤传媒昆虫
除了萤火虫能发光而外,一些海洋动物也能发出美丽的荧光,多数发荧光生物是通过体内的荧光素和荧光酶产生光。如今研究人员发现,一些紫茉莉科植物的花朵也能发光,而它们能发光的原因是,它们含有一种叫做甜菜黄素的色素,而蓝光能使甜菜黄素发出黄绿色的荧光。正因此,一些看上去是黄色的花却能发出绿色的荧光。研究人员还发现,某些地方的紫茉莉科植物能吸收掉大部分甜菜黄素发出的荧光,这是因为它们含有一种叫做甜菜苷的紫罗兰色色素,具有抗荧光的作用。
科学家推测,无论植物花朵发荧光还是不发荧光,目的都是吸引蜜蜂等授粉昆虫前来帮助传播花粉。不过,植物花朵发出的荧光对授粉昆虫的吸引力并不是很强,所以科学家猜测,或许甜菜黄素还具有帮助植物更好地适应环境的作用。
冰河期植物北迁之谜
气候因素是植物迁移的重要原因之一。在过去几十年里,古植物学家一直都在研究植物发展史,试图弄清楚植物如何因应气候的变化。
在距今25000年~10000年前,地球上发生了一次植物大迁移事件。由于地球轨道和地轴的细微变化,冰原从两极向外扩展,冰河覆盖了北美和欧洲的大部分地区。之后,气候逐渐变暖,冰川开始向后撤退。冰川的撤退为生命拓展留下了未被开发的土地,许多新的植物迁移过来,在这片土地上安营扎寨。让科学家感兴趣的是:植物是如何在最后一次冰河期向北迁移的?
为了更多地了解植物迁移的秘密,研究人员从新英格兰的一个冰川撤离后留下的湖泊中钻取岩芯,从中读取从沉积物底层最早的植物“迁移者”到沉积物最上面一层的最近的植物“迁移者”的历史记录。植物在生长过程中将花粉释放到空气中,有的花粉落入湖中,进入水底沉积物中。随着气候变暖,冰河渐渐向北撤退,不同的植物不断地将它们的花粉撒进新的沉积物层。
如果植物群落只是简单地迁移并栖息在一起,那么植物生态系统向北迁移的步伐应该是整齐一致的。但是,取自湖底的岩芯证明,植物并非整体共同北上,每种植物都以自己的步调向北迁移,过去生活在一起的植物不再生活在一起,如今生活在一起的植物并非过去也生活在一起,一些物种在某个特定时间段里可能碰巧相遇并组合在一起,但这样的组合只是短暂地存在于不断变化的植物群落中。生物学家指出,一些关键的物种比如一些授粉昆虫,可能在植物迁移过程中起至关重要的作用,甚至可能导致整个生态系统发生剧变。
植物根系的“群体智慧”
动物行为学家一直都在关注由众多动物个体共同做出决定的现象,动物的这种“群体智慧”也的确令他们叹为观止:蚂蚁群体能够建造精致巢穴并发动大规模战争,鱼群和鸟群能够在瞬间一致改变方向,蜜蜂能够“集思广益”、“统一分歧”,为蜂群谋得最大利益……
一项最新研究认为,一些植物也拥有“集体智慧”,它们利用根系共享信息,并就一些问题做出“集体决定”。
植物为了获取水分和养分,不同个体的根系之间会展开竞争。之前有理论认为,植物根系之间通过类似神经系统电信号活动的方式传播信息。但是,这种传播速度太慢,而植物需要快速传递信息,这与通常认为的植物缓慢的生命节奏相反。一项新的研究认为,植物依靠根系端部分泌的化学物质释放某些气体信息,并以类似脑电波活动的形式在个体之间传递信息,最终与根系端部的“命令中心”取得联系。每个根系端部独立获取信息,通过与其他根系共享信息和进行互动,就能解决单个根系无法解决的问题,决定诸如植物生长方向、生长幅度之类的问题。植物的这种互动也被称为“群体智慧”。
植物惊人的快速“动作”
一种名叫“御膳橘”的加拿大矮棶木(属于山茱萸科多年生的匍匐草本植物),向空中喷撒花粉的速度令人大为惊叹。最近,研究人员用高速摄像机拍摄下了这种植物的快速“动作”,并证明它是世界上“动作”最快的植物,所有已知植物,包括捕食昆虫速度非常迅速的维纳斯捕蝇草都无法与之相比。
御膳橘的花看上去与山茱萸的花很相似,但它的高度通常只齐膝高,花朵也很小,直径只有几厘米,被环抱在由四片白色小叶组成的叶簇中,人们常将这四片叶子误认为是花瓣。
威廉斯大学的一名生物学学生有一次在观察御膳橘的花时,突然听到了“噗”的声响,就像是吹熄蜡烛的声音。他的老师、生物学家琼·爱德华对此非常感兴趣,她想知道这“噗”的一声究竟是怎么回事。
于是,她和同事用每秒钟可拍摄一千张照片的高速相机进行拍摄,希望将这转瞬即逝的情景记录下来。但拍摄下来的照片模糊不清,花的“动作”实在太快了,快到连高速相机也无法捕捉到那一瞬间究竟发生了什么。后来,他们又换了一种每秒钟可拍摄一万张照片的超高速相机进行拍摄,终于如愿以偿,照片清晰地记录下了植物在发出“噗“的声响的同时还做了什么。
御膳橘开花的时间不到半毫秒,在这极短暂的时间里,它只做了一件事,就是向空中喷撒花粉。御膳橘的花瓣虽小,但弹性很大,花瓣突然向后一弹打开,雄性花蕊中弯曲的花丝就像古代攻城使用的投石机上的弹射装置一样,“啪“地一下向上弹起,将粘在花丝上的花粉猛地喷向空中。
研究还发现,在喷射花粉的瞬间,御膳橘的花粉所承受的地心引力是宇航员在航天飞船升空时所承受地心引力的800倍。
植物搭“顺风车”
植物生长依靠阳光和养分,如果植物的种子都直接掉落地上,并蜂拥在母体植物的阴影之下生长,它们将无法获得足够的阳光和养料,植物也就不可能顺利地繁衍后代。但是,植物不像陆地动物那样能行走,不像鸟那样能展翅高飞,也不像鱼那样能畅游水中,它们是如何完成繁衍后代这个艰巨而重要的任务的呢?
实际上,为了将种子散播到四面八方,植物在进化的过程中演化出了各种生存策略。一些植物的种子上长有小小的钩状物,钩在过路行人的衣物或动物的皮毛上,被带到远离母体植物的地方,然后被掸落或自行散落,在新的环境中扎下根来。一些植物如蒲公英和枫树,它们的种子就像降落伞一样,可以随风飘荡到别处去“开疆辟壤”。一些植物利用某些动物喜欢埋藏食物的习性,借助这些动物将自己的种子转移到新的地方——动物在将种子带到某个它们认为的隐秘之处埋藏起来后,有时会忘了去取食,于是种子就在那里生根发芽。还有一些植物则将种子隐藏在成熟的果实中,动物吃下果肉,将种子随便扔在什么地方,它们的排泄物还能成为种子生长极好的肥料。
如此看来,植物虽然寸步难行,但有了这么多好的办法,开枝散叶、繁衍后代的任务也就难不倒它们了。
植物的“高速公路”
风有时能将人、树木甚至建筑物刮倒,但对于一些植物来说,风却是它们周游世界的“高速公路”,风甚至可以将植物种子或植物孢子携带到千里之外。也正是这肉眼不可见的“高速公路”,解释了长期以来一直令植物学家困惑不解的一个问题:为什么苔藓、地衣等不开花植物,虽然无法利用昆虫帮助授粉,却能够千里“旅行”到新的地方扎下根来。
卫星图片揭示,在南半球靠近南极洲的一些岛屿,风通常是以反时针方向绕行的,但有时风向也会发生变化,比如变成螺旋形。研究人员将从卫星图片上获取的风的这些运行模式与南半球的植物数据进行比较后发现,风对苔藓、地衣和其他一些不开花植物的生长起着重要的作用。例如,在南大西洋南部,布维岛和赫德岛之间相隔4430千米,它们共有30%的苔藓品种,29%的地钱品种(一种苔类植物),32%的地衣品种;相比之下,高夫岛和布维岛之间只相隔1860千米,但它们共有的苔藓品种却只占到16%,地钱品种只占到17%,地衣品种则根本没有。
而对于蕨类植物和开花植物来说,上述分布模式则不存在。这又是为什么呢?科学家认为,这是因为这些植物没有“御风而行”的习性。
植物发荧光召唤传媒昆虫
除了萤火虫能发光而外,一些海洋动物也能发出美丽的荧光,多数发荧光生物是通过体内的荧光素和荧光酶产生光。如今研究人员发现,一些紫茉莉科植物的花朵也能发光,而它们能发光的原因是,它们含有一种叫做甜菜黄素的色素,而蓝光能使甜菜黄素发出黄绿色的荧光。正因此,一些看上去是黄色的花却能发出绿色的荧光。研究人员还发现,某些地方的紫茉莉科植物能吸收掉大部分甜菜黄素发出的荧光,这是因为它们含有一种叫做甜菜苷的紫罗兰色色素,具有抗荧光的作用。
科学家推测,无论植物花朵发荧光还是不发荧光,目的都是吸引蜜蜂等授粉昆虫前来帮助传播花粉。不过,植物花朵发出的荧光对授粉昆虫的吸引力并不是很强,所以科学家猜测,或许甜菜黄素还具有帮助植物更好地适应环境的作用。
冰河期植物北迁之谜
气候因素是植物迁移的重要原因之一。在过去几十年里,古植物学家一直都在研究植物发展史,试图弄清楚植物如何因应气候的变化。
在距今25000年~10000年前,地球上发生了一次植物大迁移事件。由于地球轨道和地轴的细微变化,冰原从两极向外扩展,冰河覆盖了北美和欧洲的大部分地区。之后,气候逐渐变暖,冰川开始向后撤退。冰川的撤退为生命拓展留下了未被开发的土地,许多新的植物迁移过来,在这片土地上安营扎寨。让科学家感兴趣的是:植物是如何在最后一次冰河期向北迁移的?
为了更多地了解植物迁移的秘密,研究人员从新英格兰的一个冰川撤离后留下的湖泊中钻取岩芯,从中读取从沉积物底层最早的植物“迁移者”到沉积物最上面一层的最近的植物“迁移者”的历史记录。植物在生长过程中将花粉释放到空气中,有的花粉落入湖中,进入水底沉积物中。随着气候变暖,冰河渐渐向北撤退,不同的植物不断地将它们的花粉撒进新的沉积物层。
如果植物群落只是简单地迁移并栖息在一起,那么植物生态系统向北迁移的步伐应该是整齐一致的。但是,取自湖底的岩芯证明,植物并非整体共同北上,每种植物都以自己的步调向北迁移,过去生活在一起的植物不再生活在一起,如今生活在一起的植物并非过去也生活在一起,一些物种在某个特定时间段里可能碰巧相遇并组合在一起,但这样的组合只是短暂地存在于不断变化的植物群落中。生物学家指出,一些关键的物种比如一些授粉昆虫,可能在植物迁移过程中起至关重要的作用,甚至可能导致整个生态系统发生剧变。
植物根系的“群体智慧”
动物行为学家一直都在关注由众多动物个体共同做出决定的现象,动物的这种“群体智慧”也的确令他们叹为观止:蚂蚁群体能够建造精致巢穴并发动大规模战争,鱼群和鸟群能够在瞬间一致改变方向,蜜蜂能够“集思广益”、“统一分歧”,为蜂群谋得最大利益……
一项最新研究认为,一些植物也拥有“集体智慧”,它们利用根系共享信息,并就一些问题做出“集体决定”。
植物为了获取水分和养分,不同个体的根系之间会展开竞争。之前有理论认为,植物根系之间通过类似神经系统电信号活动的方式传播信息。但是,这种传播速度太慢,而植物需要快速传递信息,这与通常认为的植物缓慢的生命节奏相反。一项新的研究认为,植物依靠根系端部分泌的化学物质释放某些气体信息,并以类似脑电波活动的形式在个体之间传递信息,最终与根系端部的“命令中心”取得联系。每个根系端部独立获取信息,通过与其他根系共享信息和进行互动,就能解决单个根系无法解决的问题,决定诸如植物生长方向、生长幅度之类的问题。植物的这种互动也被称为“群体智慧”。
植物惊人的快速“动作”
一种名叫“御膳橘”的加拿大矮棶木(属于山茱萸科多年生的匍匐草本植物),向空中喷撒花粉的速度令人大为惊叹。最近,研究人员用高速摄像机拍摄下了这种植物的快速“动作”,并证明它是世界上“动作”最快的植物,所有已知植物,包括捕食昆虫速度非常迅速的维纳斯捕蝇草都无法与之相比。
御膳橘的花看上去与山茱萸的花很相似,但它的高度通常只齐膝高,花朵也很小,直径只有几厘米,被环抱在由四片白色小叶组成的叶簇中,人们常将这四片叶子误认为是花瓣。
威廉斯大学的一名生物学学生有一次在观察御膳橘的花时,突然听到了“噗”的声响,就像是吹熄蜡烛的声音。他的老师、生物学家琼·爱德华对此非常感兴趣,她想知道这“噗”的一声究竟是怎么回事。
于是,她和同事用每秒钟可拍摄一千张照片的高速相机进行拍摄,希望将这转瞬即逝的情景记录下来。但拍摄下来的照片模糊不清,花的“动作”实在太快了,快到连高速相机也无法捕捉到那一瞬间究竟发生了什么。后来,他们又换了一种每秒钟可拍摄一万张照片的超高速相机进行拍摄,终于如愿以偿,照片清晰地记录下了植物在发出“噗“的声响的同时还做了什么。
御膳橘开花的时间不到半毫秒,在这极短暂的时间里,它只做了一件事,就是向空中喷撒花粉。御膳橘的花瓣虽小,但弹性很大,花瓣突然向后一弹打开,雄性花蕊中弯曲的花丝就像古代攻城使用的投石机上的弹射装置一样,“啪“地一下向上弹起,将粘在花丝上的花粉猛地喷向空中。
研究还发现,在喷射花粉的瞬间,御膳橘的花粉所承受的地心引力是宇航员在航天飞船升空时所承受地心引力的800倍。