生物界“CP”——植物和真菌,相互模仿为哪般?

来源:科普中国发布时间:2019-11-05

真菌和植物是为啥都觉得对方的路好走呢?

  植物与真菌在进化历史上早早地就分了家,时至今日,已经各自发展成家族庞大、且彼此形态迥异的类群。虽然对两者间准确的差别,大家可能不太能说出。但相信日常生活中,没有人会把我们日常吃的蘑菇(属于真菌界)与蔬菜(属于植物界)混淆,这足以证明两者在形态上差别巨大。而且两者的生活方式也差异巨大,植物一般自养,真菌一般异养。同时,很大一部分植物与昆虫以及动物建立了深厚的相互关系,靠昆虫或是动物来散布花粉。而真菌呢,多数情况下依靠风、水等自然力量散布孢子(真菌的繁殖体)。但是如此迥异的两个类群,却又会相互伪装成对方,这是为什么呢? 

演化树,植物与真菌在生命演化的早期(图右下基部)已经分开。 

(图片来源:www.google.com) 

      兰花:我好难,还是做真菌比较好

  在网上曾火过一组兰花的照片,其花朵因为酷似猴脸而走红。 

猴面小龙兰照片。(图片来源:www.cn.bing.com) 

    

  但其实在昆虫的眼中,这些猴面小龙兰却并不像猴面,而是像大型真菌的子实体——真菌产生孢子的结构。细看不难发现,猴面兰在细节上也模拟得惟妙惟肖,其唇瓣的种种褶皱看起来就像真菌子实体的菌褶,更不可思议的是,这种拟态并不仅仅停留在表面,猴面兰还会在气味上拟态大型真菌,散发出类似真菌的气味。 

  颜值高的植物,为什么要将自己“打扮”成真菌呢?其实是为了利用真菌昆虫之间已经成形的相互作用关系来完成繁殖任务。 

  在自然界中,有许多昆虫(如蝇类、蕈蚊)已经跟大型真菌的子实体形成了紧密的联系,能够依靠颜色和气味来分辨出真菌,从而在“鲜嫩多汁”的菌褶中产卵。这样的环境既能保证幼虫有丰富的食物来源,也能保护幼虫不被其它的捕食者发现,保证后代的存活率。 

  另一方面,昆虫的产卵行为也可能晃动真菌子实体,加速子实体内孢子的自然散落。 

  

蝇类在大型真菌子实体上产卵。(图片来源:www.google.com) 

    

猴面小龙兰的唇瓣特定,拟态大型真菌子实体。(图片来源:www.cn.bing.com) 

     真菌:花的生活看着容易多了,我想当花

  植物能拟态真菌,想过真菌的生活,一些真菌却又像要变成花。比如寄生在一种小檗属的植物上的锈菌,平时不显山不露水,但到繁殖期的时候,锈菌的孢子会爬上小檗的枝头,显出不一样的颜色。第一眼看去的话这些变态的枝叶确实不像是在拟态花,但是这种被感染的枝叶竟然也会吸引昆虫过来访花。 

  这引起了科学家的好奇,通过进一步的实验,科学家发现这种被感染的枝叶虽然在人眼看来并不像花,但是在昆虫眼里却并不如此,因为这些感染的枝叶虽然看起来是黄色,但是竟然会反射紫外线,这跟一些花用来吸引虫的手法几乎是一样的。更不可思议的是,这些感染的枝叶还学习到了花吸引昆虫的另外两招-分泌花蜜与产生花香的气味。 

  严格来说,除了没有花的结构,这些被感染的枝叶在昆虫眼里已经十足地像一朵花了,而通过这样的拟态,真菌的孢子会在昆虫的访花过程中,在小檗的不同植株间传递,而后在另一株小檗上萌发,造成更多的小檗感染。 

  这种真菌的拟态同样利用的是已有的相互关系,自然界中许多特定的昆虫类群跟植物的花之间早已形成稳定的相互关系,不同植物的花通过颜色、气味与报酬来吸引不同的昆虫(如蜂类、蝶类、蛾类、甲虫)来访花,昆虫从花中获得花粉、花蜜等报酬,而植物在昆虫不断的访花中,将花粉传递到不同的植株间,完成授粉。 

  这种锈菌正是通过将自己伪装成花来吸引昆虫传播自己的后代。 

小檗属被锈菌感染,拟态花朵吸引访花者。(图片来源:参考文献3

  昆虫:你们都是骗子,我好难

  植物、真菌的相互拟态都成功地吸引到了本属于对方的“粉丝”群体,达到了自己的目的。但是,对于被欺骗的昆虫来说,是福是祸就看运气了。在真菌的拟态中,被吸引去访“假花”的昆虫获得了如真花一样的报酬。而被吸引去猴面兰去产卵的昆虫,命运可就不太好了。它是完全被骗了,拟态子实体的花实际上不会像真的子实体般自溶,给昆虫产的卵提供营养,昆虫没有获得实际的报酬,它的后代可能因此而存活不了。     

      问题来了,昆虫被骗为什么不长教训?

  在真菌的拟态中,昆虫可以说没有被骗,虽然它误访了假的花,但是得到的报酬是差不多的,某种程度上,这也可以说明花对昆虫本质上来说是一堆“花枝招展”的食物来源。 

  但是在花拟态真菌中,访花的昆虫却没有获得报酬,它的后代有可能都存活不了,这种关系属于偏利的相互关系。如果它的后代都被骗得活不了了,还会有下一代的昆虫来访花吗?这种关系怎么能长久地保持下来呢? 

  其实,这种关系的维持关键在于猴面小龙兰的种群数量在当地有限,只会吸引到部分昆虫来产卵。这样,其它没被骗的昆虫仍然能正常产生下一代,保证整个种群数量稳定。这样这种偏利的相互关系就保持住了。另外,它们也不会把卵都产在同一个地方,所以对于昆虫来说,被猴面兰欺骗也不是毁灭性的打击了。 

      真菌和植物是怎么发现对方的路好走的呢?

  与大多数人相信的演化论不一样,这样精妙的相互拟态可能起源于“偶然”。以拟态真菌的植物为例,它们可能一同生活在同一个区域,某天,某个变异的植物因为在气味上或者形态、颜色上像真菌,因此吸引到更多的昆虫,它的后代可能会更多。这样,这个变异的性状就被固定下来了,随后成了一个固定选择力。更像真菌的花会获得更多的昆虫访花,因此留下更多的后代。经过一代代的选择,在漫长的历史当中,拟态更成功就是一个更适应的性状,因此这种拟态会越来越像,这条演化之路就这样被开启了。 

  原文标题  《植物真菌为什么相互模仿?》

  参考文献: 

  [1]Ngugi, Henry K., and Harald Scherm. "Mimicry in plant-parasitic fungi." FEMS microbiology letters 257.2 (2006): 171-176. 

  [2] Kaiser, Roman. "Flowers and fungi use scents to mimic each other." Science 311.5762 (2006): 806-807. 

  [3] Naef, Andreas, et al. "Insectmediated reproduction of systemic infections by Puccinia arrhenatheri on Berberis vulgaris." New Phytologist 154.3 (2002): 717-730. 

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