科學家揭示豬籠草成為肉食植物的遺傳學機制

豬籠草利用圓筒形的「捕蟲籠」引誘昆蟲。來自紐約州立大學布法羅分校的研究者對澳洲、亞洲和美洲的豬籠草進行了分析比較，發現這三種幾乎完全獨立演化的豬籠草經歷了相同的基因改變。

對食肉植物而言，它們往往生活在營養貧乏的環境中，能消化動物並吸收營養是非常大的優勢。美國科學家的分析表明，豬籠草成為食肉植物在遺傳機制上的選擇十分有限。

對一些昆蟲來說，豬籠草是世界上最致命的植物。一旦掉入豬籠草的圓筒狀葉子中，這些小蟲子就只能接受被吞食的命運。關於豬籠草如何演化成肉食者，以及這背後的原因，科學家直到最近才有了一點線索。

研究人員對世界不同地區的三種豬籠草屬植物進行了脫氧核糖核酸（DNA）分析，驚奇地發現，這三種幾乎完全獨立演化的豬籠草經歷了相同的基因改變。豬籠草利用圓筒形的「捕蟲籠」引誘昆蟲。捕蟲籠的內壁具有蠟質，十分光滑，昆蟲一旦進入籠中就很難爬出。捕蟲籠的底部有很多腺體，能分泌出酸性的消化液，將昆蟲的肌肉和外骨骼分解。

這三種豬籠草分別產自澳大利亞、亞洲和北美洲。紐約州立大學布法羅分校的研究者維克托·艾伯特（Victor Albert）說：「這些植物擁有一個遺傳工具百寶箱，在如何變成肉食者的問題上，它們分別嘗試給出答案。而最終，它們的解決方案是一致的。」

此前的研究顯示，這三個物種獨立演化成了肉食植物。在此次研究中，研究者詳細揭示了它們如何對古老的免疫系統蛋白質（許多都是相同的）進行改造，以產生消化肉食的酶。在對豬籠草的基因組進行測序之後，研究團隊鑒別出了各個物種中被以不同方式激活的基因。這些基因與某些蛋白質的製造有關，包括幾丁質酶等。幾丁質酶能夠分解幾丁質，而幾丁質正是昆蟲外骨骼的主要成分。還有一種酶是磷酸酶，可以使植物吸收食物中的磷元素，這對它們的生長至關重要。

「這些結果表明，成為食肉植物的途徑十分有限，」艾伯特博士說道。對食肉植物而言，它們往往生活在營養貧乏的環境，能消化動物並吸收營養是非常大的優勢。然而從遺傳學的分析可以看出，成為食肉植物在遺傳機制上的選擇十分有限。

論文的共同作者Kenji Fukushima博士說：「食肉植物往往生活在營養貧乏的環境中，考慮到其他營養來源難以獲得，使它們捕捉並消化動物的能力變得無可替代。」

在演化過程中，構成酶的氨基酸常常被交換出去，由其他氨基酸取而代之。研究者分析發現，不同豬籠草屬物種的酶具有眾多相同或高度相似的氨基酸，而這些氨基酸是非肉食植物所沒有的。相關的研究結果發表在近期的《自然-生態與演化》（Nature Ecology and Evolution）雜誌上。