食肉植物是如何愛上葷腥兒的

近日，我國科學家發現毫米級人類遠祖至親如上圖。有網友戲稱為「豬籠草」。這回，豬籠草真的來了...

紅瓶豬籠草

我們都知道豬籠草是一種食肉動物。除此之外，還有好多種食肉植物，它們遍佈於全世界。食肉動物是一種會捕獲並消化動物而獲得營養（非能量）的自養型植物。

一隻昆蟲如果不幸落在澳大利亞豬籠草像嘴一樣的葉子上，那它就要倒霉了。獵物會被拉進像管子一樣的「罐狀」器官中，一種特定的酶混合物會將其消化掉。

澳大利亞的豬籠草

通過研究豬籠草的基因組，並將其消化昆蟲的液體與其他的食肉植物對比，研究人員發現，全世界所有的食肉植物都擁有相同的致命「分子配方」，儘管它們經過數百萬年的進化之後分布在世界各地。

研究人員之一美國紐約水牛城大學的植物基因科學家Victor Albert說：「我們著眼於一種經典的趨同進化案例。」這項研究於2月6日發表在《自然生態與進化（Nature Ecology and Evolution）》上。

食肉植物是從開花植物的家族體系中發展出來的。澳大利亞豬籠草（土瓶草科）原產於澳大利亞西南海岸，它與楊桃的關係比美國和東南亞的豬籠草更加密切。這表明，植物進化出食肉性可能是為了應對缺乏營養的生長土壤。Albert 說：「它們想要從捕獲的獵物身上獲取氮和磷。」

致命的配方

澳大利亞豬籠草擁有致命的「捕手」葉子——它長得就如同露齒大笑般的葉子，它也有扁平的葉子。在對其基因組測序之後，研究團隊發現，「捕手」葉子和扁平葉子中激活的部分基因不同。這些基因包括製造澱粉和糖（生成引誘昆蟲的花蜜）的基因，以及生成蠟狀物質的基因，蠟狀物質最終使得昆蟲難以逃離被捕食的厄運。

為了弄清楚豬籠草如何吃掉獵物，研究人員從土瓶草科植物和其他不相關的食肉植物中提取了用於消化的酶混合物，並利用質譜分析鑒定了35種蛋白質。其中很多蛋白被其他開花植物用於對抗病原體。比如，植物通常會產生酶來分解一種名為幾丁質的聚合物，作為對抗真菌的方式。但是Albert 推測，澳大利亞豬籠草及其他的食肉植物則利用這種酶來消化昆蟲的外骨骼，外骨骼也是由幾丁質組成的。

在這項新研究中，Albert 和他的同事還發現，對於有遠親的食肉植物，包括捕手植物，它們生成消化液蛋白質的基因有共同的進化起源。此外，在不同的物種身上，這些基因以類似的方式獨立地進化，改變了酶的形狀。雖然現在還沒有證據，但研究人員認為，正是這些突變或許恰好幫助了這些酶共同處於消化液時更穩定的存在。

生態學家Aaron Ellison說，雖然研究人員們早已意識到趨同進化對於食肉植物的重要性，但是這項新研究仍然非常重要，因為它表明趨同可以在分子水平上發生。

如果這些植物沒有捕獲昆蟲的能力，那麼具有吃掉昆蟲的能力則沒有用處，在漫長的進化過程中產生了多種多樣的捕獲解決方案。捕蠅草誘捕獵物，狸藻類植物則利用吸盤使獵物無法動彈。在《食蟲植物 (1875年書籍)》中，達爾文詳細描述了茅膏菜用於把昆蟲固定到葉子上的觸手。Albert 說：「這也就難怪達爾文寫了一整本關於食肉植物的書呢。」

捕繩草

狸藻Utricularia vulgaris

阿芙羅狄蒂捕蟲堇和奇異茅膏菜

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