植物和真菌 為什么喜歡玩cosplay?

昆明植物研究所 廖鑫鳳 2019-11-12

  植物與真菌在進化歷史上早早地就分了家,時至今日,已經各自發展成家族龐大、且彼此形態迥異的類群。雖然對兩者間準確的差別,大家可能不太能說出。但相信日常生活中,沒有人會把我們日常吃的蘑菇(屬于真菌界)與蔬菜(屬于植物界)混淆,這足以證明兩者在形態上差別巨大。而且兩者的生活方式也差異巨大,植物一般自養,真菌一般異養。同時,很大一部分植物與昆蟲以及動物建立了深厚的相互關系,靠昆蟲或是動物來散布花粉。而真菌呢,多數情況下依靠風、水等自然力量散布孢子(真菌的繁殖體)。但是如此迥異的兩個類群,卻又會相互偽裝成對方,這是為什么呢? 

 

演化樹,植物與真菌在生命演化的早期(圖右下基部)已經分開。(圖片來源:www.google.com 

   

  蘭花:我好難,還是做真菌比較好 

  在網上曾火過一組蘭花的照片,其花朵因為酷似猴臉而走紅。

 

猴面小龍蘭照片。(圖片來源:www.cn.bing.com 

  但其實在昆蟲的眼中,這些猴面小龍蘭卻并不像猴面,而是像大型真菌的子實體——真菌產生孢子的結構。細看不難發現,猴面蘭在細節上也模擬得惟妙惟肖,其唇瓣的種種褶皺看起來就像真菌子實體的菌褶,更不可思議的是,這種擬態并不僅僅停留在表面,猴面蘭還會在氣味上擬態大型真菌,散發出類似真菌的氣味。

  顏值高的植物,為什么要將自己“打扮”成真菌呢?其實是為了利用真菌昆蟲之間已經成形的相互作用關系來完成繁殖任務。 

  在自然界中,有許多昆蟲(如蠅類、蕈蚊)已經跟大型真菌的子實體形成了緊密的聯系,能夠依靠顏色和氣味來分辨出真菌,從而在“鮮嫩多汁”的菌褶中產卵。這樣的環境既能保證幼蟲有豐富的食物來源,也能保護幼蟲不被其它的捕食者發現,保證后代的存活率。

  另一方面,昆蟲的產卵行為也可能晃動真菌子實體,加速子實體內孢子的自然散落。 

 

蠅類在大型真菌子實體上產卵。(圖片來源:www.google.com 

 

猴面小龍蘭的唇瓣特定,擬態大型真菌子實體。(圖片來源:www.cn.bing.com) 

真菌:花的生活看著容易多了,我想當花 

  植物能擬態真菌,想過真菌的生活,一些真菌卻又像要變成花。比如寄生在一種小檗屬的植物上的銹菌,平時不顯山不露水,但到繁殖期的時候,銹菌的孢子會爬上小檗的枝頭,顯出不一樣的顏色。第一眼看去的話這些變態的枝葉確實不像是在擬態花,但是這種被感染的枝葉竟然也會吸引昆蟲過來訪花。 

  這引起了科學家的好奇,通過進一步的實驗,科學家發現這種被感染的枝葉雖然在人眼看來并不像花,但是在昆蟲眼里卻并不如此,因為這些感染的枝葉雖然看起來是黃色,但是竟然會反射紫外線,這跟一些花用來吸引蟲的手法幾乎是一樣的。更不可思議的是,這些感染的枝葉還學習到了花吸引昆蟲的另外兩招-分泌花蜜與產生花香的氣味。

  嚴格來說,除了沒有花的結構,這些被感染的枝葉在昆蟲眼里已經十足地像一朵花了,而通過這樣的擬態,真菌的孢子會在昆蟲的訪花過程中,在小檗的不同植株間傳遞,而后在另一株小檗上萌發,造成更多的小檗感染。

  這種真菌的擬態同樣利用的是已有的相互關系,自然界中許多特定的昆蟲類群跟植物的花之間早已形成穩定的相互關系,不同植物的花通過顏色、氣味與報酬來吸引不同的昆蟲(如蜂類、蝶類、蛾類、甲蟲)來訪花,昆蟲從花中獲得花粉、花蜜等報酬,而植物在昆蟲不斷的訪花中,將花粉傳遞到不同的植株間,完成授粉。

  這種銹菌正是通過將自己偽裝成花來吸引昆蟲傳播自己的后代。 

 

小檗屬被銹菌感染,擬態花朵吸引訪花者。(圖片來源:參考文獻3) 

 

蜂類訪問植物的花。(圖片來源:www.google.com 

昆蟲:你們都是騙子,我好難 

  植物、真菌的相互擬態都成功地吸引到了本屬于對方的“粉絲”群體,達到了自己的目的。但是,對于被欺騙的昆蟲來說,是福是禍就看運氣了。在真菌的擬態中,被吸引去訪“假花”的昆蟲獲得了如真花一樣的報酬。而被吸引去猴面蘭去產卵的昆蟲,命運可就不太好了。它是完全被騙了,擬態子實體的花實際上不會像真的子實體般自溶,給昆蟲產的卵提供營養,昆蟲沒有獲得實際的報酬,它的后代可能因此而存活不了。 

 

猴面小龍蘭通過擬態鄰近真菌,吸引前來產卵的果蠅。(圖片來源:www.cn.bing.com 

問題來了,昆蟲被騙為什么不長教訓? 

  在真菌的擬態中,昆蟲可以說沒有被騙,雖然它誤訪了假的花,但是得到的報酬是差不多的,某種程度上,這也可以說明花對昆蟲本質上來說是一堆“花枝招展”的食物來源。

  但是在花擬態真菌中,訪花的昆蟲卻沒有獲得報酬,它的后代有可能都存活不了,這種關系屬于偏利的相互關系。如果它的后代都被騙得活不了了,還會有下一代的昆蟲來訪花嗎?這種關系怎么能長久地保持下來呢?

  其實,這種關系的維持關鍵在于猴面小龍蘭的種群數量在當地有限,只會吸引到部分昆蟲來產卵。這樣,其它沒被騙的昆蟲仍然能正常產生下一代,保證整個種群數量穩定。這樣這種偏利的相互關系就保持住了。另外,它們也不會把卵都產在同一個地方,所以對于昆蟲來說,被猴面蘭欺騙也不是毀滅性的打擊了。 

  真菌和植物是怎么發現對方的路好走的呢? 

  與大多數人相信的演化論不一樣,這樣精妙的相互擬態可能起源于“偶然”。以擬態真菌的植物為例,它們可能一同生活在同一個區域,某天,某個變異的植物因為在氣味上或者形態、顏色上像真菌,因此吸引到更多的昆蟲,它的后代可能會更多。這樣,這個變異的性狀就被固定下來了,隨后成了一個固定選擇力。更像真菌的花會獲得更多的昆蟲訪花,因此留下更多的后代。經過一代代的選擇,在漫長的歷史當中,擬態更成功就是一個更適應的性狀,因此這種擬態會越來越像,這條演化之路就這樣被開啟了。 

  參考文獻: 

  [1] Ngugi, Henry K., and Harald Scherm. "Mimicry in plant-parasitic fungi." FEMS microbiology letters 257.2 (2006): 171-176.

  [2] Kaiser, Roman. "Flowers and fungi use scents to mimic each other." Science 311.5762 (2006): 806-807.

  [3] Naef, Andreas, et al. "Insect‐mediated reproduction of systemic infections by Puccinia arrhenatheri on Berberis vulgaris." New Phytologist 154.3 (2002): 717-730.

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