首先,大家可能会有一个疑问:植物食肉真的存在吗?其实这个现象并不罕见,像猪笼草、金星捕蝇草、茅膏菜等等。而像金星捕蝇草这样的食肉植物已经进化成为熟练的昆虫猎手。那么关于植物食肉的真相到底是如何?它们的进化过程到底是什么样的呢?
大约7000万年前,当恐龙在地球上漫游时,一种基因异常使一些植物变成了肉食动物。一项新的研究发现,这在一定程度上是通过一个神秘的行为完成的:即重新利用基因的根和叶,用它们来捕捉猎物。吃肉的转变给了这些植物带来了许多好处。事实上,食肉植物通过捕获和食用富含营养的动物猎物,使它们在营养贫瘠的土壤中茁壮成长,从而扭转了濒临灭绝的局面。
其中一种植物是熟悉的金星捕蝇草(Dionaea muscipula),原产于卡罗莱纳州的湿地,看过神奇宝贝的朋友都知道里面也有一种捕食昆虫的植物,叫做捕蝇草,其实是受了金星捕蝇草的启发。而与金星捕蝇草密切相关的水生水车植物(Aldrovanda vasculosa)几乎占据了所有大陆的水域。它有细长的水下襟翼,在毫无戒心的海洋动物周围迅速收紧。第三种被调查的植物,是一种美丽但致命的太阳花植物(Drosera spatulata),在澳大利亚很常见。主要是用甜味引诱受害者,太阳花在捕获物周围卷起一条粘条进而来捕捉猎物。
植物“吃肉”演变过程
在分析了这些植物之后,研究小组发现了向肉食动物发展的三个步骤。首先,大约在7000万年前,三种现代植物食肉动物的早期非食肉祖先经历了全基因组复制,产生了其整个DNA或基因组的第二个副本。这种复制释放了叶和根基因的一个拷贝过程,使其发展更加的多样化,使它们能够发挥其他功能。一些叶片基因发展成为陷阱基因,而食肉动物的营养和吸收过程则是由基因引导的,否则这些基因将为从土壤中寻找营养的根系服务。
当植物开始从猎物那里获得新的营养时,它们食肉过程的第二步就发生了。那时,传统的叶子和根不再是必要的了。许多与肉食性营养无关的基因开始消失。例如,水生水车植物的幼苗会获得一个最原始的原根,但它不能随着它们的成熟而发育,最终会失去。由于失去了这个基因和其他基因,在这项研究中观察到的三种植物是迄今为止被测序的基因最差的植物。
2013年,其他科学家小组的两项早期研究显示,其他食肉植物也有类似的基因缺陷发现。他们发现,除了南极洲之外,所有大陆上都生长着一个水生球囊植物,以及原产于巴西的一种螺旋状地被植物,与非食肉植物相比,它们的基因组都非常小。据此,科学家推测这些食肉动物可能也经历了同样的基因脱落过程。
在向食肉动物转化的第三步中,植物经历了特定于环境的进化变化。研究人员发现,根和叶进化成了陷阱特异性。根的基因曾经被用来从土壤中寻找和吸收养分,现在被用来制造消化和吸收猎物养分所需的酶。曾经用于分泌花蜜以吸引授粉昆虫的腺体的基因被转移到陷阱中,在那里它们产生一些诱人物质来吸引猎物。