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      植物長刺的秘密

      2023-05-16 17:33:47蘇濤張馨文
      知識就是力量 2023年5期
      關(guān)鍵詞:張馨供圖青藏高原

      蘇濤 張馨文

      提到長刺的植物,很多人會想到玫瑰。其實在自然界里還有許多植物長著刺,例如刺參、刺梨、刺天茄、刺槐等,它們廣泛分布在豆科、薔薇科、仙人掌科、大戟科等眾多類群中。那植物為什么要長刺呢?刺又是如何進(jìn)化而來的呢?

      ?仙人掌的刺? (葉刺、細(xì)圓錐狀刺)

      形態(tài)各異的刺

      植物的刺形態(tài)各異,除了常見的細(xì)圓錐狀的刺,還有扁形(如扁刺薔薇)、帶分叉(如皂角),以及彎鉤狀(如飛龍掌血、見血飛)的刺等。

      刺是植物的一類特化器官,來自葉片、莖干或者表皮。依據(jù)發(fā)育部位的不同,刺又分為枝刺、皮刺和葉刺。枝刺是莖變態(tài)形成的刺,皮刺是由莖表面形成的一種尖銳突起物,而葉刺則是由葉或托葉轉(zhuǎn)變成的刺狀突起(著生在葉柄與莖的連接處)。

      ?皂角的刺? (帶分叉的刺、枝刺)? (供圖/蘇濤)

      植物防御的“利器”

      那么,為什么植物會長刺呢?刺的主要功能是防御大型草食動物取食。因此,非洲稀樹草原的許多喬木和灌木長滿了尖刺。這些植物的刺往往比葉片要長得多,從而保護(hù)自己免受長頸鹿、斑馬等動物的取食。

      有意思的是,生長在青藏高原的殼斗科高山櫟屬植物,如果沒有外界干擾會長成高大的喬木,具有全緣葉(沒有凸凹的光滑的葉緣)。而當(dāng)它被砍伐之后,新萌發(fā)枝條的葉片邊緣就會長出不少尖刺用于防御。但是,目前對于高山櫟葉片長刺的分子調(diào)控機(jī)制還不清楚。

      ?扁刺薔薇的刺? (扁形的刺、皮刺)? (供圖/張馨文)

      此外,最近也有研究指出,植物長刺還能夠有效降低自身的水分蒸發(fā),以更好地適應(yīng)干旱的環(huán)境。因此,干旱地區(qū)帶刺植物的物種比例,往往比濕潤地區(qū)要高得多。

      一窺刺的演化史

      植物的刺是經(jīng)歷了漫長地質(zhì)時期的演化而逐漸形成的,我們可以通過古生物化石來一窺刺的演化史。青藏高原上曾經(jīng)生長著大量的帶刺植物,而現(xiàn)在的青藏高原中部平均海拔超過4600米,是一片廣袤的高寒草原,只有極少數(shù)植物能夠在這樣極端的環(huán)境中生存。

      2017年,第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究正式啟動,中國古生物科考隊在青藏高原中部的倫坡拉盆地,發(fā)現(xiàn)了距今約3900萬年的大量植物刺化石。通過對刺的形態(tài)進(jìn)行觀察和比較,研究人員發(fā)現(xiàn)這些刺包含皮刺和枝刺,共劃分為7種形態(tài)類型。

      ?產(chǎn)自青藏高原距今約3900萬年的植物刺化石(供圖/張馨文)

      為什么帶刺植物曾在青藏高原大量出現(xiàn)呢?通過整合化石記錄、模型模擬和分子系統(tǒng)生物學(xué)等證據(jù),我們得出了合理的推測:青藏高原曾經(jīng)存在一個東西向的中央谷地,在谷地里生長著茂密的森林。隨后,由于地勢的抬升和氣候變干開始出現(xiàn)了開闊的林地,樹木的種類逐漸減少,草本植物隨之繁盛,這給大型食草哺乳動物提供了更多的食物來源。與此同時,植物面臨著更大的被取食壓力,刺作為有效的結(jié)構(gòu)防御手段而在大量植物中出現(xiàn),這一過程被化石真實地記錄了下來。

      類似的帶刺植物與哺乳動物協(xié)同演化進(jìn)程也曾發(fā)生在非洲,并形成了別具特色的稀樹草原(也稱薩王納),只是這一過程比青藏高原帶刺植物的快速分化晚了約2000萬年。

      長刺植物有妙用

      相信不少人都被植物的刺扎過,所以見到帶刺植物就會避而遠(yuǎn)之。然而,長刺植物并非一無是處。

      有些長刺的植物在園林綠化中有很好的景觀效果,例如,在中國南方熱帶及亞熱帶地區(qū)比較常見的園林綠化樹種美麗異木棉,它粗壯的樹干上長滿了皮刺,與春天時盛開的滿樹繁花相得益彰。此外,帶刺植物也常被栽種于院落周邊當(dāng)作籬笆,像馬甲子、金剛纂(zuǎn)、木香花等。在中國南方的部分地區(qū),一些蕓香科柑橘屬的植物因枝條密布長刺,常被用于掛曬制作蘿卜干的理想工具。

      刺在植物界廣泛存在,是植物在千百萬年地質(zhì)時光里的趨同進(jìn)化,是植物生存智慧的一個縮影。動物和植物在取食與防御中彼此不斷進(jìn)化,一直開展著生物界激烈的“軍備競賽”。當(dāng)你下次再看到刺的時候,不妨走近仔細(xì)觀察,領(lǐng)略這一結(jié)構(gòu)的巧妙和精美!

      (責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游)

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