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植物父母如何确保他们的孩子在生活中取得成功

时间:2021-10-09 23:00:22

宏观经济

导读:如果你今年秋天去摘苹果,你可能会发现自己被你能找到的最大、最亮、最芳香的苹果吸引。苹果树和其他结果实的植物进化出这种开胃的果实是有原因的:诱使人们和野......

如果你今年秋天去摘苹果,你可能会发现自己被你能找到的最大、最亮、最芳香的苹果吸引。苹果树和其他结果实的植物进化出这种开胃的果实是有原因的:诱使人们和野生动物吃它们的果实并传播它们的种子。

科学院生物科学助理教授苏珊·怀特黑德实验室的几名研究人员一直在研究种子传播,以了解化学物质如何影响水果和食用它们的动物之间的相互作用。

在发表在《生态学与进化趋势》杂志上的一篇新论文中,该实验室描述了种子传播的化学生态学的复杂性,以及未来的研究如何能对这一鲜为人知但却很重要的课题提供更多的线索。

怀特黑德实验室博士后助理、论文主要作者安妮卡·纳尔逊(Annika Nelson)说:“我们对种子传播的化学生态学的理解仍然相当基本。水果中的许多化学物质尚未被描述,我们对这些化学物质可能具有的功能知之甚少。”。“这一领域有着巨大的研究潜力,我希望我们的论文能激发化学生态学家和其他研究种子传播的研究人员之间的对话。”

就像人类一样,植物父母希望他们的后代在离开隐喻性的巢穴后获得成功。为了获得最大的成功机会,种子需要远离父母种植,以尽量减少对水、营养和光的竞争。然而,植物根植于地面,通常无法自行撒播种子。

如果植物想让它们的种子在生命中走得更远,它们就必须有创造力。

例如,一些植物,如弗吉尼亚刺猬籽,使其种子极为粘稠,从而粘附在路人身上。其他植物,如枫树,已经为它们的种子创造了翅膀,这样它们就可以随风滑行。但是,亲本植物传播种子最常见的方式之一是通过动物及其消化系统。

结果实的植物把它们的种子包在引人注目的美味水果里,希望动物能吃掉它们,徒步或飞行携带它们,并在新的地方排便。为了吸引潜在的种子散布者,植物使用被称为次级代谢物的化学物质,使水果具有独特的香气、颜色和风味,也可以作为动物的基本营养素。

然而,植物必须仔细选择吸引它们的时间。如果植物不断吸引动物,它们会在准备出世之前吃掉母植物的种子。为了避免这种情况,一些植物使用次生代谢物来通知种子散布者何时收割果实。

Nelson说:“成熟的水果通常比未成熟的水果更臭、更美味。”。“当果实准备被移除时,它会与动物交流。如果种子在植物完全发育之前被移除,它们通常无法存活。”

次级代谢物对种子分散剂也有排斥作用。通常,植物会产生有毒或苦味的次生代谢物,以防止动物破坏它们的种子和抵御疾病。

植物需要谨慎。这些具有排斥作用的次生代谢物还可以防止种子散布者吃掉和完全散布种子。从本质上讲,植物必须在吸引动物传播种子和保护它们的种子免受可能攻击和杀死它们的动物或病毒的侵害之间取得谨慎的平衡。

怀特黑德实验室在哥斯达黎加的森林中发现了一种有趣的种子传播机制。Piper Sanci felicis植物是一种阔叶灌木,具有独特的矛状果实簇,它们迫使其主要种子散布者——塞巴的短尾蝙蝠——在将果实吐到地上之前只吃掉一半。

怀特黑德认为,塞巴的短尾蝙蝠不太可能吃完它们的食物,因为胡椒圣菲利西斯果实含有高浓度的次生代谢物,这会使果实味道变差。但问题依然存在:为什么圣菲利西斯风笛的植物希望蝙蝠只吃掉一半的果实?

怀特海认为蚂蚁可能掌握着钥匙。

弗雷林生命科学研究所翻译植物科学中心的附属机构怀特黑德说:“掉在蝙蝠窝下吃了一半的水果会很快被蚂蚁发现并带走。”。“蚂蚁通常只吃果肉,把干净的种子丢弃在巢外。我们认为种子传播过程的第二阶段可能会增加种子存活的机会。”

如果之前还不清楚的话,植物、水果、化学品和它们的动物散布者之间存在着许多关系。根据罗伊·尼尔森,在每个种子传播系统中有很多因素需要考虑,因此很难用系统的方法测量次生代谢产物对植物种子传播成功的影响。

Nelson和Whitehead在论文中强调了次生代谢物的重要性,将其纳入了“种子传播有效性”的概念框架中,这将有助于研究人员思考种子传播的化学生态以及次生代谢物对小流域植物适应性的影响,更容易消化的块。

Nelson说:“种子传播有效性框架将种子传播分为不同的步骤,例如何时和多少种子首次被移除,或何时和何地种子最终被沉积,这些步骤更易于单独测量。”。“这个框架的好处是,你可以用它来处理种子传播过程中的各个部分,然后把它们放在一起,最终量化一个动物为一个植物有效地传播了多少种子。”

怀特黑德实验室计划在秋天前往哥斯达黎加,继续他们关于蚂蚁二次传播胡椒树果实的研究。

Nelson也在研究血根,一种弗吉尼亚州本土草本植物,在其根、叶和果实中产生鲜红色剧毒生物碱。到目前为止,她发现除了保护植物免受攻击外,这些生物碱似乎还能阻止散播种子的蚂蚁。这种植物似乎可以调节其果实中生物碱的产生,这取决于保护果实或吸引动物散布种子是否更有利。

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