原始植物利用热量和气味来吸引授粉昆虫

2020-09-02 178裸子植物

原始植物利用热量和气味来吸引授粉昆虫。犹他大学的科学家们在苏铁的原始植物中发现了一种奇怪的繁殖方法:苏铁植物受热后散发出有毒的气味,把花粉覆盖的昆虫赶出雄性苏铁球果,然后用一种温和的气味把虫子吸引到雌球果里,这样植物就可以授粉了。

原始植物利用热量和气味来吸引授粉昆虫

研究人员在10月5日出版的《科学》(Science)杂志上发表报告称,一些苏铁类植物(被称为“活化石”)所使用的不寻常的有性生殖方式可能代表了植物授粉进化的中间步骤。

“人们认为植物只是坐在那里,看起来很漂亮,散发出一些气味来吸引传粉者,但是这些苏铁类植物有一种特殊的性行为,能够排斥、吸引和欺骗给它们授粉的蓟马(小型飞虫)。”,犹他大学生物学研究副教授,该研究的主要作者。

蓟马进入雄性苏铁球果吃花粉,并在这个过程中被花粉覆盖。一些苏铁类植物采用的“推拉授粉”方法,使成虫蓟马飞走,然后引诱它们回来,让一些携带花粉的蓟马进入雌性苏铁球果并为其授粉。

“它们(苏铁类)以食物换取性,”这项研究的合著者、犹他大学机械工程教授罗伯特·罗默说这些蓟马只吃花粉,所以它们完全依赖植物。蓟马是唯一为植物授粉的动物。”

作为一名机械工程师,罗默研究苏铁锥体内的热传递。

特里和罗默与昆士兰大学的三位科学家一起在澳大利亚进行了热带和亚热带苏铁和蓟马的研究:进化生物学家吉米·沃尔特、有机化学家克里斯·摩尔和昆虫生理学家克雷格·赫尔。

研究背景

与有花植物或被子植物不同,苏铁是裸子植物——也包括现代针叶树,如松树和冷杉。苏铁植物有雄性或雌性。它们看起来像棕榈树或蕨类植物,但两者都没有亲缘关系。相反,苏铁是一组植物,化石记录表明,从大约2.9亿到2.5亿年前的二叠纪时期就已经存在了。

研究中的苏铁类植物的树干大部分在地下。叶状的叶子在地面上竖立着,在叶子的中间生长着一个单球果——雄性的或雌性的。球果看起来像松果,但在早期是绿色的,然后变成黄色。球果的鳞片通常是紧密的,但在授粉期间,鳞片之间的微小空隙会稍微张开。这些空间为昆虫获取雄性球果中的花粉和雌性球果中的卵提供了一种途径。

曾经有人认为苏铁的授粉是通过风把花粉从雄球果吹到附近的雌球果上而随机发生的。然而,一些苏铁类植物雌性球果中所含的卵子——包括特里和同事研究的大花泽兰(Macrozamia lucida)不能被风吹的花粉接触到,因为球果的鳞片太密了。

所以必须有另一种方式来授粉。在早期的一项研究中,特里指出,一种蓟马——苏铁蓟马——为大泽明苏铁授粉。

研究内容

在这项新的研究中,她发现了这种现象发生的原因,原始植物利用热量和气味来吸引授粉昆虫。

一株苏铁植物有一个授粉期,称为锥果期,一年一次到几年一次。这一时期只持续四周或更少。”然后它们就完成了,锥体就会解体,”特里说。

在这两个星期里,苏铁可以在每天上午11点到下午3点之间使它们的球果温度升高,尤其是雄球果。雄球果的温度比周围的空气高25华氏度,高达100华氏度。

当你热的时候,你是热的(当你不热的时候,你会被授粉)

苏铁球果通过使用储存的糖、淀粉和脂肪来加热,而这些物质通常能为日常的细胞功能提供能量。即使从植物中取出,苏铁球果也可以经历长达两周的每日加热循环。

温度的升高伴随着球果大量释放出异味。一种叫做β-月桂烯的化学物质,一种气味会增加到有毒、致命的程度,并把携带着小花粉粒的蓟马赶出雄球果。

“这些苏铁类植物受热,与之相关的是球果释放出的挥发性香味的大量增加,”特里说它让你窒息。这是一种刺耳的、令人无法抗拒的气味,这是你以前闻到的最难闻的气味。”

“想想一个刮了太多胡子的男人,”罗默说。

低水平的β-月桂烯对蓟马有吸引力。因此,当苏铁植物冷却下来,把它们赶出球果的同样的气味也会消散,以至于它和其他气味一起,把蓟马吸引回球果里。一些花粉覆盖的蓟马,为了寻找更多的花粉吃,不经意间被引诱到雌性苏铁球果中并为它们授粉。

“这是完全不寻常的,就像在一个房间里只有一朵栀子花而不是很多栀子花,”特里说雌球果从来没有雄球果那么强烈的气味,但它们仍然吸引了一些会飞的蓟马——足以让它们授粉。”

罗默说,苏铁雌性“吸引蓟马是因为它们欺骗蓟马以为自己是雄性。”

第二天,整个周期又开始了,“直到雄鸟精疲力尽,雌鸟快乐地授粉,”特里说。

研究结果

植物被认为已经进化出了化学防御系统来驱赶那些会吃掉它们的生物。现代开花植物用香味和/或鲜艳的颜色吸引昆虫为它们授粉。

在某些苏铁类植物中看到的“推拉授粉”可能是植物利用气味排斥食草动物、植物通过风吹花粉授粉、植物利用气味吸引授粉昆虫的过程中的一个中间进化阶段。

特里说:“人们认为,在早期,这些气味被用作抵御食草动物的防御机制,而一些早期的授粉系统是利用昆虫的气味来寻找植物的。”

引用

University of Utah. "Primitive Plants Use Heat And Odor To Woo Pollinating Insects." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 October 2007. www.sciencedaily.com/releases/2007/10/071004143133.htm.

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