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红唇陷阱

2008-05-17百科探秘

走近科学 2008年5期
关键词:捕虫消化液蜜汁

百科探秘

静静的杀戮,无声的战场,小天地尽显英雄本色;

甜蜜的诱惑,机警的选择,有智慧才能笑傲自然。

2007年11月的一个星期六,珠海市金海岸中学。

一群兴奋的学生正准备一次野外探险,他们要去寻找一种会吃肉的奇怪植物。

有一个人很了解这种奇特的食肉草,他就是今天要带学生上山的生物老师华跃进。

今天他们要考察的,是这类植物中唯一生长在中国,也是生活在最高纬度地区的品种。华老师由于揭示了它许多鲜为人知的奥秘,已经被国际植物学界所关注。

华老师带领同学们走进无名山林的深处,这次活动还吸引了学校其他老师来参加。

虫吃草天经地义,而草吃虫可就有点奇怪了。植物的叶片都是靠光合作用来制造营养,可这种草的叶子除此之外还可以靠吃动物来制造营养。这种草在中国有一个古怪的名字,叫猪笼草(图1)。

(1) 这种食肉草因为它的结构很像我国南方农村用来运猪的竹笼而得名

这种草的神奇之处,就在于它那红唇似的捕虫瓶口和半开着的瓶盖(图2)。

(2)看似光鲜的红唇,实是温柔的陷阱

华跃进:1995年到这儿教生物课,就开始关注猪笼草。

华老师原来在西安一所大学里教植物,为了能够亲自观察猪笼草是怎样用它那美丽的红唇捕杀动物,特意来到有猪笼草的南方并在这所中学教书。

华老师在自家的阳台上培育各种奇特的植物品种,在他看来,亲自种植和观察植物的过程是最有乐趣、最有价值的事情,尤其是观察猪笼草。

华跃进:观察研究和培育猪笼草,是我特别想做的一件事情。

华老师还希望培养学生们善于观察的学习习惯。尽管在学校附近的山上就有猪笼草,可是当地的孩子们却从来不知道猪笼草是怎么吃动物,甚至从没见过这种奇特的草。

传说猪笼草半开的捕虫瓶口就像一张嘴,能像动物那样“吃”东西。无论是会飞的马蜂,还是会跑的蚂蚁,只要一碰到猪笼草捕虫瓶那美丽的红唇,“咔嚓”一声,盖子立刻关闭,活蹦乱跳的虫子瞬间就变成这棵草的食物!

猪笼草真的是靠捕虫瓶美丽的红唇吃掉动物的吗?

华老师和同学们已经进入山上最密集的丛林里,猪笼草就隐藏在附近。

华跃进:这是猪笼草的一株幼苗,是种子萌发后形成的第一片真叶,和第二、第三片真叶的结构。

猪笼草似乎不大挑剔土质,华老师介绍,猪笼草是一种拓荒型的植物,不惧怕土壤的贫瘠。很多花草在这种石山上根本无法生存,但猪笼草却可以生长。不过,猪笼草有一个癖好,它生长的环境必须有水,而且一定是流动的活水,这里就有流动的水。

突然,几个绿色的“猪笼”出现在眼前。

华跃进:猪笼草在中国只有这一个科 一个属 一个种,属于一个单科种,保护价值是比较高的。如果它灭绝了 这个科的植物就不存在了。

实际上猪笼草有美丽的花朵,“瓶子”却是由它的叶子变成的(图3)。

(3) 猪笼草的花朵是迷人的

华跃进:猪笼草的捕虫瓶由叶脉形成,叶子中间最粗大的叶脉变长变粗,形成卷须。卷须末端慢慢长成一个捕虫瓶。当瓶子长成后就总是保持瓶口向上的一种垂直状态。

为仔细观察猪笼草的叶子怎样变成瓶子,华老师特地把野生的猪笼草种在自家的阳台上。并购置全套摄影设备,跟踪拍摄,最终完整地拍摄到了一个猪笼草捕虫瓶打开盖子的完整过程(图4)。

(4) 华跃进观察猪笼草形成捕虫瓶过程拍摄到的画面

在生存竞争中,有捕虫瓶子的猪笼草比其他种类的植物多了一种选择,它不仅吃素,还能吃荤。

猪笼草是怎么吃荤的呢?

猪笼草捕虫瓶的盖子看上去强壮而且有些怪异,连接部位的内部好像有几条粗壮有力的筋,是这些筋在操纵盖子吗?

可是,蚂蚁在瓶口上爬,瓶盖并没有合上;蝴蝶在瓶口上爬,瓶盖也没有合上;蓝翅蜂在瓶口上爬,瓶盖还是没有合上。

华跃进:许多资料介绍,虫子进去以后,猪笼草的捕虫瓶的盖子会自动关闭。我还看了别人介绍的一段录像,但那是人工操作的镜头,实际上猪笼草的瓶盖是不可以自动关闭的。

华老师特意让学生用手按上盖子,但盖子根本盖不严实。原来,猪笼草的瓶盖实际上是不会关上的!

既然猪笼草捕虫瓶的盖子关不上,来去自由的小动物吃饱了不就逃跑了吗?猪笼草究竟是怎样捉住活蹦乱跳的动物的呢?

猪笼草在把动物引向死亡陷阱的过程中,精心设计了好几个步骤,瓶盖只是其中的一个。

这种浑身挂满瓶子的神奇植物,它最厉害的武器之一就是有着大量蜜滴的瓶盖(图5)。

(5)瓶盖向下的一面布满了浓浓的蜜汁

面对诱人的蜜汁,同行的刘言昌老师忍不住亲口尝了尝。

刘言昌:非常甜,有点像麦芽糖。

人都尝得出甜头,对小动物来说更是一种难以抵御的美食!

刘言昌:蜜汁黏性很强,味道甜甜酸酸的,蚂蚁应该非常喜欢。

这些蜜汁的最大功能是诱惑。地上的蚂蚁离高高悬挂的瓶子很远,如果猪笼草没有另外的设计,前来光顾的只会是偶然贪吃的少数族群。猪笼草为了吃到更多的虫子,它还准备了更多的诱惑。

华跃进:这是引路蜜滴,卷须上有一个明显的蜜滴。

许多植物的花都能产蜜,但猪笼草的蜜滴却在茎和叶子上出现,对小动物来说像是占了便宜,其实这里面却隐藏着一个秘密:在猪笼草的茎、叶和卷须上分泌出来的蜜滴的排列方式,看起来完全是为引诱昆虫而设计的:从茎到捕虫瓶每隔一段距离就会出现一两个蜜滴。爬上来的虫子只要尝到第一个,就会去寻找第二个、第三个,这样,蜜滴就会把虫子一步步引向瓶口, 最终送进猪笼草的“嘴”里(图6)。

(6)虫子一旦沿着这些蜜滴前进,享用的将是最后的晚餐

华跃进:虫子在瓶口取食蜜汁时,由于瓶口内侧非常光滑,向上有倒刺,很容易失足掉进瓶子里。一旦掉下去根本无法再爬上来。

瓶子下部有消化液,虫子掉进去很快就沉入消化液中被消化,最终营养被猪笼草所吸收。

为什么掉下去的小动物再也爬不上来呢?原来瓶子里的消化液并不很深,半开的瓶盖防止了南方常见的雨水灌满瓶子,避免掉进去的小动物又爬上来跑掉(图7)。

(7)掉进瓶子里的黄蜂在徒劳地挣扎

华老师让同学们用一个精密的pH值计测试里面液体的酸碱度,结果发现酸度很高。原来,捕虫瓶里装的竟然是强酸性的液体,真是令人惊叹!

华老师介绍,它就像我们人体胃里的消化液,猪笼草液体甚至能在很短的时间里腐蚀掉一小块金属。

华跃进:猪笼草的主食应该是蚂蚁,被它捕获的动物最多的是蚂蚁,有的瓶子里有满满的一瓶蚂蚁。

难道就没有吃了蜜又不会丧命的动物吗?

一只蝴蝶在瓶盖上面用虹吸式口器吸食蜜汁,它看起来好像挺安全。

一只长腿蜂吃蜜时,总有一条腿牢牢地抓住外面的东西,所以吃饱后可以轻易地走掉。

但是且慢,一场奇怪的芭蕾舞就要上演了。

体态轻盈灵巧的长腿蓝翅蜂吃了猪笼草的蜜汁后,竟然变得晕头转向,一副狼狈不堪的样子(图8)。

(8) 吃了蜜汁的长腿蓝翅蜂醉态十足,显然中了猪笼草的毒招

难道猪笼草的蜜汁里另有玄机?

华跃进:有没有麻醉的作用?让我们尝一下,哦,舌头有点麻。所以猪笼草也叫忘忧草,传说人喝了这个水,就会忘记所有的烦恼。

人舔一下这种蜜汁舌头都会发麻,难怪长腿蓝翅蜂吃了会摇摇晃晃。如果它继续吃下去,也许会稀里糊涂地掉进强酸性消化液里,那时候恐怕再长的腿也救不了它的性命。

无论昆虫如何巧妙地吃蜜,在这场智慧大比拼中,猪笼草似乎总有办法让这些贪吃的家伙掉进它设下的甜蜜陷阱。

但蹊跷的事情总会发生。几年前,华老师发现许多不吃蜜的动物也会葬身猪笼草那神奇的瓶子里,这是怎么回事呢?

2004年,国际食虫植物学会首次邀请了一位中学老师赴法国作年会报告。

因为华老师第一次报告猪笼草的“引路蜜滴”;第一次报告猪笼草消化液酸度完整的变化周期;第一次提出围绕着猪笼草有一个食物网的概念;所以,华老师第一次走上了食虫植物研究的国际讲坛。

华跃进:我们研究的突破,主要是引路蜜滴,蜜腺解剖,以及消化液酸度变化曲线,我们第一次将它完整地描述出来了。

华老师提出这个课题,是由于见到树蛙出现在猪笼草酸性的消化液里,皮肤很脆弱的两栖类动物能待在酸性消化液里可是件不同寻常的事情。

华跃进:开始发现猪笼草捕虫瓶里的树蛙,它没有痛苦和不适的感觉,我们故意比较激烈敲打惊动它时,它就从瓶子里跳出来了。

华老师发现,猪笼草消化液的酸性有周期性的变化。大约在每个月的中旬,也就是第10天左右开始,猪笼草消化液的酸性最强;而其它时间酸性比较弱,甚至有接近中性的时候。

华老师推测,树蛙呆在捕虫瓶里时,可能正是酸度接近中性的时候。遗憾的是,当年还没有办法检测酸度,而现在能够准确测酸度了,却又见不到树蛙了。

这个问题还没有答案,另一个发现又带来了新的困惑。有一天,华老师发现在猪笼草周围有很多根本不吃蜜汁的动物。

华跃进:发现一只大螳螂在瓶口守着。虫子一旦爬到这里,可能还没等到被猪笼草吃掉,就已经被螳螂吃掉了。

猪笼草不仅吸引食蜜性昆虫,而且引来许多以昆虫为食的捕食者。

华跃进:有蜘蛛、黄蜂、螳螂,最大的有蜥蜴。

黄色的蟹蛛体型和猫蛛差不多,它们都在这里守候虫子,所以常常狭路相逢。一只蟹蛛已经藏在瓶口里面,这时来了一只猫蛛和它抢地盘。一场大战一触即发!不过蟹蛛早就找好了地形,它很自信不会掉下去成为猪笼草的腹中餐,而新来的猫蛛可没这么幸运,战斗一开始,猫蛛瞬间就被打下瓶底(图9)。

(9) 守株待兔收获也丰,一只猫蛛捉到一只蚊子

令人惊奇的是,猫蛛居然迅速地爬了上来,它没有被消化液杀死,也许它有蛛丝作保险绳吧?

华老师发现,在猪笼草周围,形成了一个涉及几十种动物的相当复杂的生物圈。蚂蚁、蛾子、蟑螂吃蜜;螳螂、蜘蛛、蜥蜴等捕捉食蜜动物,而捕食者之间也会发生争斗。猪笼草不仅是陷阱,还是个战场,在这里每天都发生着优胜劣汰的自然选择。

华跃进:猪笼草和它周围的动物的关系远比人曾经了解的复杂得多,一种生物的生存往往影响许多生物之间的关系(图10)。

(10)华跃进在野外考察植物

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