食虫植物似乎是植物界的终极存在。它们不满足于在微风中摇曳收集阳光,还会吞噬美味的昆虫肉。它们是食肉动物而且它们是植物。它们正在重新定义绿色植物的含义。对吧?
事实证明,食虫植物在进化上与其说是嗜血,不如说是绝望。捕捉和杀死昆虫的能力主要是为了适应生长在土壤质量差的地方。它至少已经独立进化了六次,现在 Nature Ecology & Evolution 上的一项新研究表明,这些植物捕食和消化昆虫的机制在分子水平上也密切相关。
同一性状在不同物种或地点独立进化的通用术语是趋同进化。鸟类和昆虫都会飞。 鱿鱼和人类都有相机般的眼睛。世界各地的食虫植物捕食和杀死昆虫作为食物。这些都是相当表面的趋同进化例子——相同能力以略有不同的方式进化而来。食虫植物将这一点提升到了另一个层面:它们实际上使用相似的蛋白质。
来自美洲、澳洲和亚洲的捕蝇草使用相关的消化酶来分解它们的猎物,尽管每个物种都是独立进化出它们奇怪的食欲。这表明植物产生消化酶的方式是有限的——同一机制进化三次微乎其微。其中一些酶存在于其他非食虫植物中作为防御机制,所以当这些通常无害的蛋白质被重新利用为捕食昆虫的功能时,它们很可能被改造了。
生物学家研究这些植物的部分方法是采集它们捕虫器内的粘液并检测酶。他们还可以将捕虫器中开启的基因与正常叶子中开启的基因进行比较。这是一个直接的比较,因为捕虫器——就像维纳斯捕蝇草上的陷阱一样——只是特化的叶子。在食虫植物变成食虫之前,它们是普通的进行光合作用的机器。它们生活在沼泽和其他湿地,那里有充足的水,但营养物质不多。其中一些前食虫植物进化出了捕捉昆虫、消化它们的几丁质外壳并从其残骸中吸收养分的能力。这些植物在土壤质量差的地方生存得更好,因为它们可以从昆虫那里获取碳、氮和其他营养物质。这是一种绝望的措施。
对于植物来说,将叶子变成特化的陷阱意味着牺牲大量的能量。陷阱的光合作用能力很差,所以从太阳那里获得的能量更少——而且 操作陷阱 需要大量的能量。
所有这些进化适应使得它们成为相当挑剔的室内植物。尽管你很想玩弄那些会移动的捕蝇草,但戳它们会让它们更快地关闭——它们只能关闭四五次,之后就会卷曲死去。玩弄植物基本上是迫使它将有限的几次攻击机会浪费在你无法捕捉和食用的手指上。而且,如果你在室内养,你必须喂你的植物小虫子,因为——尽管它可以单独依靠光合作用生存——但只有在消耗昆虫时它才能茁壮成长。
即使你从不玩弄它,每天小心地给它喂苍蝇,你很可能还是会因为自来水而养死你的食虫植物。由于食虫植物进化到在贫营养土壤中生长,大多数自来水中的矿物质会压垮它们的根。你必须为你的所谓凶猛的食肉植物净化特殊的水。而且,没有什么比挑食更糟糕的了。