对于植物长期使用化学武器的行为,昆虫表示强烈谴责
  • 来源:SME科技故事
  • 2020-10-02 22:13

 战争中最引人注目的总是那些更大更强的“大杀器”,人们总是更容易先关注坦克、飞机、舰船的较量,同理,在漫长的进化战争中,巨兽之间为抢夺顶部生态位的竞争也最容易被关注。

  可是生物进化的战争不止有横向的两强相争,纵向的攻防博弈也无敌有趣。和我们两脚兽的世界相比,植物的生活似乎有些平淡而无趣,但只要你用心观察,就会发现在它们的死对头昆虫的贪婪蚕食下,植物的进化就是一场生存反击之战。

  不会动的植物也能战斗吗?它们显然已经进化出了不少基于化学的防御手段。

  当然,就像游泳和跑步不能兼得一样,这些防御手段也需要付出额外的能量和营养,这些资源原本可以用于它们的生长和修复,因此,为了平衡发展,植物们必须有所取舍,从它们的化学武器库里挑选个别趁手的兵器。下面就介绍其中的五种备受昆虫谴责的化学手段——警报、结盟、陷阱、间谍、急救。

  与其7天24小时全天候准备好武器,显然遭受攻击后再紧急出动会是一个减少浪费的办法。一旦昆虫叮咬啃食了叶片,叶片就会发出警报,释放出一种挥发性物质,类似于信号弹“一支穿云箭,千军万马来相见”的作用,植物的其他部分甚至是邻居也都会开始戒备,抵御进一步的昆虫攻势。

  这个预警系统通过一连串的分子事件发挥作用。首先是触发茉莉酮酸的释放,这种物质能够分解为一类名为JAZ的蛋白质,而后者可以抑制植物体内各种有毒和保护性化学物质的基因表达,JAZ蛋白被清除,大规模杀伤性化学武器开始生产。

  有些植物还会利用地下“情报网络”来向周围的同类发送警报。植物会与土壤中的真菌形成共生关系,真菌能穿透植物根部的表层,通过偷取植物的碳水化合物为生,同时会帮助植物摄取氮磷等重要养分作为回报。真菌会长出细长的菌丝,覆盖周边的植物,形成巨大的地下网络。

  在一项针对豆类植物的实验中,研究人员将蚜虫放置在一株套在塑料袋的植物上,由于塑料袋阻隔了空气,使其无法通过挥发性物质发出警报,但由于地下真菌网络的存在,通过菌丝与之相连的植物也开始释放防御性化合物。真菌在这场植物与昆虫的战争中大概充当了一个地下情报机构的角色。

  所谓“敌人的敌人就是朋友”,植物们也深谙此道。招募盟友为自己出头简直是最好的双赢合作,它们释放特殊的挥发性物质能够吸引来昆虫的天敌,当然可能还是昆虫,但这不重要,解决眼下的危机才最重要。

  比如,当毛虫啃食欧洲玉米时,它会释放出一种挥发性的β-石竹烯,引来寄生蜂。寄生蜂会将卵产在毛虫体内,减缓它们进食的速度,几周后卵孵化的同时也就杀死了毛虫。同样的,欧洲玉米也会在地下释放β-石竹烯来应对玉米根虫(一种甲虫的幼虫),信息物质从土壤中的孔隙释放,对附近的捕食性线虫大喊“花生瓜子饮料矿泉水,有需要的吗?”

  然而,信号弹能够引来盟友同样也会把行踪暴露给敌人。美国的一些玉米品种已经失去了产生β-石竹烯的能力,因此经常遭受虫害。研究人员通过基因工程恢复它们失去的能力,却发现它们被一种病原性真菌缠上了,显然这种真菌会通过β-石竹烯来识别目标猎物。这对美国的玉米来说是一个战略上的两难,要么与寄生蜂和线虫结盟但把行踪暴露给真菌,要么自己独自面对植食性昆虫的猛攻。

  如果有能力在入侵者的线路上设置陷阱,那或许也没人愿意轻易动用无差别大规模杀伤性的武器,毕竟都是成本。十字花科下芸苔属的植物(常见的有西兰花、卷心菜、芥菜)把一种看似无害的化合物硫代葡糖糖苷储存在细胞里,旁边便储存着它的“引信”。

  当植食性昆虫傻乎乎地咬破植物,硫代葡糖糖苷释放出来与酶反应转化为异硫氰酸酯,也就是我们常说的芥子油,总之就是芥末那味儿,迅速包裹前来进犯的敌人,让它们生不如死。

  不过陷阱也需要花费很多精力来设置,每当有昆虫啃咬,芸苔属植物就会加紧硫代葡糖糖苷的生产,以应对下一波攻势,否则就是敌不动我不动。如果遇上蚜虫这种靠吸食而非啃咬进食的昆虫,这种触发式的陷阱也就不太奏效了。

  我们还可以在植物战争中找到人类战争的特色间谍战。有些植物已经学会了它们敌人的通讯方式,并且会利用这种手段散播“谣言”。

  蚜虫在受到捕食者攻击的时候会释放一种名为β-法尼烯的信息素,目的是警告区域内的其他同类有人偷家赶紧开溜。有些植物也会释放β-法尼烯来模仿蚜虫发出的求救信号吓退它们,但有时候并不是很奏效。

  原因在于植物会源源不断地释放这些信息素,把它们当做一种防御性的挥发物质,可是这样对蚜虫来说就像是每时每刻都有人在叫狼来了,听多了也就习惯了忽略了。

  然而,野生马铃薯学会了一种全新的方法来控制这种信息烟雾弹,它们把信息素储存在细小叶毛末端的一个球茎中,当蚜虫落在叶子上的时候,它的腿会站在黏性叶毛的表面,随着它挣脱束缚,信息素释放,这样一来就逼真得多了。

  最后,战场不仅仅要拼武器拼战略拼情报,后勤也同样重要。一场艰苦卓绝的战斗结束后,植物们必须照顾好自己的伤口,一系列被称为绿叶挥发物的化合物起到了防腐的作用,保护受损组织免受细菌或真菌的感染。这些物质也带来了我们印象中的青草味,同时也能警告邻近植物危险的存在。

  受伤的植物还能产生一种叫做“伤口荷尔蒙”的创伤性酸,刺激细胞分裂,加速伤口愈合,就像动物伤口的结痂一样。这些反应发生在受到攻击后的几分钟内,植物在抵御入侵者的同时就已经开始自我修复,它们需要在防御和再生之间做出权衡。

  植物和昆虫之间的战争从未停止,一代又一代地在地球上演,每一方都在不断地优化自己的战术,试图在战争中取得优势。比如昆虫也进化出了抵抗植物防御手段的能力,包括免疫毒素,甚至窃取植物的武器库来达到其他目的,迫使植物开发全新的武器和战术。这场战争是一场“红色皇后”(一种协同进化的假说)的军备竞赛,双方都全力以赴,只为在这个弱肉强食的世界站稳脚跟。

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