小时候的自然课上,老师讲过一个完整的生态系统中有三大角色:植物是生产者,它们进行光合作用,把水和二氧化碳转化成有机物;动物是消费者,通过取食让能量和物质进一步流动;细菌、真菌等是分解者,能够把动植物的残体分解成无机物,重新进入下一个循环。
一个简化的食物网,包含生产者、初级消费者、次级消费者和分解者。图片:Thompsma / wikimedia
然而,万事总有例外。有这么一些植物,它们不甘于待在食物链的底层,不愿兢兢业业地靠光合作用养活自己,转而盯上了别的植物,从他人身上攫取营养,最终踏上了消费者的阶级——这就是寄生植物。我们今天的主角菟丝子,就是这其中的一员。
菟丝子。图片:pixabay
菟菟猛于虎菟丝子的名字乍一听还有点萌萌哒,好像一只可爱的小兔子,但对于被它寄生的植物来说,这只兔子的真面目是相当的残暴,简直就是《Re0》中三大魔兽之一的“大兔”的化身(请问您今天要来亿点兔子吗)。菟丝子所到之处,植物们轻则萎蔫发黄,生长减缓;重则枯枝败叶,全株死亡。其实“菟”字还有另一个意思,《左传》中记载,古人把老虎称作“於菟”,说不定这才是菟丝子命名的本意。
寄生在路边绿化带上的菟丝子。图片:含笑
菟丝子的外形不难辨认,它长得像一团杂乱的丝线,胡乱盖在其他植物身上,开花之前没点植物的样子。常见的菟丝子种类大致能分为两个类型:一类藤条黄色,比较柔弱,包括菟丝子本菟(Cuscuta chinensis)、南方菟丝子(C. australis)等;另一类藤条红棕色,比较粗壮,常有深色斑点,包括金灯藤(C. japonica)、啤酒花菟丝子(C. lupuliformis)等。再往下细分的话就没那么容易了,不过也不必太在意,大体上都是差不多的。
金灯藤也称日本菟丝子,红棕色的藤条上有深色斑点。图片:含笑
和番薯是一家植物学上的菟丝子隶属于旋花科,这个科有很多我们熟悉的成员,比如番薯、空心菜、牵牛花等等。你可能会奇怪,菟丝子是个无根无叶的寄生植物,何德何能跟这些面善的孩子搞一块去了呢?确实,植物学家们也怀疑过,过去的一些分类系统中确实曾单列出一个菟丝子科。但随着研究的深入,特别是基因证据的加入,这货还真就该放在旋花科。
空心菜也即是蕹菜Ipomoea aquatica,粗略地看实在很难将它和菟丝子联系起来。图片:含笑
另一方面,形态上的菟丝子也并非完全格格不入,毕竟花果才是更重要的分类依据。如果你仔细对比菟丝子和牵牛花的果实、种子,会发现其实还是蛮像的,确实有旋花科内味。
菟丝子的花。图片:Cheng-Tao Lin / inaturalist
其实就是个“手机”菟丝子种子呱呱坠地后会休眠一段时间。在经历了菟生的第一次(也是最后一次)从土壤中吸水之后,它发芽了,没有子叶,没有真正的根,像一根晃来晃去的面条,必须尽快找到寄主来养活自己。那么,万一找不到寄主的话要怎么办呢?嗯……当场去世。菟丝子种子储存的养分非常有限,如果脸实在太黑,发芽一周还找不到寄生对象,就只能等着挂了。
菟丝子像面条的一样的藤。图片:含笑
运气好的小苗可以感知到它触碰到的植物,这时它会启动入侵模式:首先是把枝条延长弯曲,死皮赖脸地将自己缠在别人身上,与此同时接触点的细胞开始分化,形成进攻的武器——“吸器”。被寄生的植物虽然也有表皮防护,但在吸器的进攻下薄如蝉翼,它一边产生机械压力,一边还能用酶来降解,很快就能突破防守,深入到植株里面去。最后,菟丝子的细胞和寄主就连在了一起,强行打通了道路,让水和养分在其中自由流通。
菟丝子的吸器。图片:sclereid0309 / flickr
这条通道并非一根简单的吸管,其中运输物质的种类和过程,比我们过去想象的要更为复杂。研究发现,在菟丝子和寄主之间凿开的通道中,物质的流动是双向的。就像尼采说的:“当你在凝视着深渊,深渊也在凝视着你”,从寄主获取物质的菟丝子,也会将一些物质输送回寄主体内。
菟丝子吸附并攫取寄主营养的示意图。图片:Maliyanbinette / wikimedia
于是,当一株菟丝子同时寄生着好几棵植物的时候,有趣的事情就发生了:菟丝子就像在这几个植株之间架起了一张网络,这些被寄生的植株可以借助菟丝子和它的小伙伴交流。比如,植物在被昆虫啃食时,会释放出一种抗虫信号来启动防御机制。如果这棵被吃的植物正好处于菟丝子的网络之下,这些抗虫信号可以通过菟丝子传达给那些还没被虫咬的植株,让它们提前做好防备。在这个环节,菟丝子被寄主们当微信用了。
“植物微信”。图片:Dinesh Valke / flickr
但是,和我们的手机电脑一样,上网是有风险的,一不小心就可能中毒。能在菟丝子大道上行走的不止是水分和养料,还有病毒。如果菟丝子网络中的某一棵植株被植物病毒感染了,这些病毒会通过菟丝子的路传播到其他植株上,而且整个过程中并不感染菟丝子,真就只是借过一下,可以说是非常有礼貌了。
日本菟丝子,寄生在灌丛的数种灌本及草本身上,经常造成作物的危害,并影响植被中的原生物种。图片:Aomorikuma / wikimedia
更有意思的是,植物上网也会造成信息泄露。近期中科院昆明植物所的研究员就发现,菟丝子能够“监听”到寄主植物的开花信号,从而来调节自己的花期。我们知道,植物开花结果是一件相当耗费能量的事,菟丝子当然也不例外。于是,菟丝子监视着它的寄主,一旦发现寄主和开花相关的基因启动了,它马上也跟着开起花来,正好把寄主为了传宗接代特地准备的养分用掉。这样,菟丝子就不会因为寄主开完花后衰败了,而导致吸取不到足够的营养来给自己开花。
各种寄生植物菟丝子一旦和寄主合体完成,所需的水分和养料就完全由寄主提供,不再从外界获取也不会自己制造,这种寄生模式我们称之为“全寄生植物”。对应的还有“半寄生植物”,它们相对还算有点良心,只从寄主获取水分和矿物质,自己还是会进行光合作用的。
半寄生植物的典型代表有桑寄生、槲寄生(就是圣诞节时小情侣用来塞狗粮的那个),还有寄生在寄生植物身上的重寄生(禁止套娃!)等等。有些半寄生植物幼时必须寄人篱下,成年后可以相对独立地生活,比如著名的香料木材檀香。
桑寄生科的广寄生Taxillus chinensis,自己可以进行光合作用。图片:含笑
檀香科的檀香Santalum album,木材有独特香气。图片:含笑
全寄生植物这边也是多种多样,不过像菟丝子这样光明磊落地生活在阳光下的其实是少数(菟丝子:感动吗?寄主:不敢动)。华南地区的无根藤,和菟丝子有点像,也是一团毛线一样挂人身上,藤条是绿色的。无根藤属于樟科,很多人刚听说这事时都大跌眼镜,没想到樟科这群浓眉大眼的,竟然也出了个寄生虫。没办法,谁让这是个看花的世界呢?无根藤的花果依然保留着樟科的特征。
樟科的无根藤Cassytha filiformis,和菟丝子一样缠绕寄生在其他植物上。图片:含笑
而更多种类的全寄生植物常年都躲在地下,寄生在别人的根上,只在开花时才露出地面,其他时候连个影子都见不到。这一群家伙普遍都长得画风奇特,有些开起花来还挺漂亮,常见的有列当、野菰;还有些有种诡异的美感,比如寄生花、杯药草。
列当科的野菰Aeginetia indica,寄生在禾本科植物的根部。图片:含笑
值得一提的是,世界上已知的最大的一朵花,也是来自一种全寄生植物,它就是著名的阿诺德大花草(Rafflesia arnoldii)。如果你想了解关于它的更多事情,敬请关注下个月的物种日历啦。
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