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浆果色相的生态学解 精选

已有 6917 次阅读 2013-7-12 12:07 |系统分类:科普集锦|关键词:浆果颜色多样性,,果实进化,自然颜色| 浆果颜色多样性, 果实进化, 自然颜色


浆果看起来形态多样,味道各异,但红色居多。浆果颜色多样性不高的现象很是奇特


在人们的认识中,自然界的色彩通常是十分丰富的,红橙黄绿蓝靛紫,以及各种过渡色应有尽有。看似丰富多样的自然,背后其实也有种种限制。生物多样性在不同的类群之间、形态之间和特征之间,拥有不同的进化格局。同样是高山峡谷,为什么西双版纳的热带雨林就比香格里拉的高山草甸的生物多样性高。即便是进化时间不长,为什么兰科植物比蕨类植物要丰富。或者两种生物(如蜘蛛抱蛋),八竿子打不着,毫无关系,却形神相似。种种孩子般为什么的问题,都是极其难以回答的。

自此之前,我已经探讨过自然的相似性和多样性,以及森林之中昆虫不敢吃蕨类的“不合理”现象。最近我专心阅读了一本昆虫与植物物关系的专业书籍,对生物之间关系的理解可谓突飞猛进。将生硬的动植物分类、生理结构和历史进化知识相互串联起来,越发喜欢讨论生物进化的局限性和相似性的问题。

学在版纳,活在版纳。忍不住想说,版纳植物园真是一块难得的生态学学习研究的宝地,任何你在书本上看到的知识和经典案例都可以在瞬间找到生物原型。带着专著背后的故事,茶余饭后便可去园里感受书本上那些荡气回肠的经典研究。在真正的自然现象之前细细观察、思考和对比,进一步深化理解,甚至寻找研究之不足。或者可以仔细观察自然之后,可通过搜索文献,品悦自然背后的研究。这不,前几天在园里看到大海芋、疣柄魔芋、假苹婆、催吐萝芙木、爱地草、荔枝、莲雾等各种浆果开始成熟。这些来自不同科属的植物果实虽然形态味道各异,但均有一个共同的特征:果实是红色的。

事实上,生态学家在N多年前就发现,无论什么类群,外形差别有多大,遗传距离有多远,植物成熟的浆果大多以红色或黑色为主,颜色较为单调。若与植物的其它特征的多样性(如叶的形态、花的结构等),或花朵颜色多样性相比,浆果颜色的多样性就可怜得多了。在不同科属间,植物花朵相差巨大,但浆果颜色具有高度的相似性。为什么会出现这种现象?这个问题困扰了生态学家若干年,虽然一直在探索,但长期以来也没有找到比较令人信服的解释。

浆果颜色多样性的问题属形态多样性,与传统上探讨的物种多样性不一样,二者的层次不同。形态多样性起源和分化的研究比物种多样性的研究要少得多。迄今为止,还很少有理论能解释浆果颜色为什么如此局限在少数光谱范围的问题。

《新植物学家》F1000一篇文章介绍了植物界中,鸟媒果实颜色多样性的故事。作者选择世界范围内19个地区的948种鸟类喜吃的植物,利用紫外光谱对比分析浆果颜色,发现浆果的色谱只占鸟类视觉色谱的17%,大多数色谱范围并未被利用,浆果颜色相对单一。与1300多种植物花朵相比,浆果颜色多样性大约只有花朵颜色多样性的一半,浆果色调要单调得多。且美洲与德国的浆果颜色多样性差不多,相似度超过了60%,不同的地方浆果颜色差不多,也不受遗传系谱的限制。

 


花朵的颜色多样性是果实的一倍。有人认为性别系统的进化促进了花朵颜色的多样性。

果实由花朵受精后心皮膨大发育而来,果实与花朵的生理具有相通性。理论上,花朵具有的颜色,果实也有潜力发育进化出来,但事实却是果实的颜色多样性只有花朵的一半。造物主为何偏爱于花,而制约果实呢?生态学家推测,形成花和果实颜色差异的原因是性别的进化。植物性别分化出雌雄之后,花朵必须至少吸引传粉者两次到达花朵后,方能帮助花朵成功传粉。为了吸引传粉者的再次光临,花儿的进化压力增大,花的颜色和形状便不断进化,最终趋向于各自的独特,易于被传粉者识别。而植物并未同种子散布者建立特化关系而获得好处,包含种子的浆果颜色则趋于相似,不同植物浆果拥有相同的颜色还可以吸引更多的食果鸟类,帮助其散布种子。这或许可以解释为什么一些颜色并未在果实中出现。

另一个解释浆果颜色的原因是化学限制。浆果的颜色主要由花青素和胡萝卜素决定,二者均具有超凡的生理和生态功能。花青素主要控制果实颜色变化,具有耐热和抗旱的生理功能。此外,花青素还能抗菌、抗氧化,改善种子散布者鸟类的免疫功能等多重生理作用。神奇的花青素担当也多重作用,可应付来自生物和环境的各种选择压力。浆果由于富含花青素,便可适合各种自然选择压力,因而在颜色进化上保持了相对单一的颜色。

在《昆虫为何不敢吃蕨类》一文中,介绍了蕨类植物中次生代谢物单宁的强大的保卫功能。这篇小文中我们又认识了神奇的花青素。其实在未成熟的浆果之中也富含大量的单宁,单宁降解后可为合成花青素提供材料,两者间的生理关系是十分巧妙滴。只需稍做对比,联想一下两个化合物在昆虫与植物间的关系,便可知道背后的道理是十分复杂而经济的。本篇浆果颜色的生态学解的文章中便不在讨论此问题了。

最后,令生态学家百思不得其解的一点是全世界的植物类群无论在什么尺度上,浆果的颜色大多都是红色(或黑色)的,这与植物花的进化,或植物区系的进化截然不同。浆果颜色的进化似乎没什么遗传上的关联,浆果颜色的进化似乎是完全独立于植物进化本身似的。浆果颜色多样性进化(植物形态特征)与传统上我们常常接触的多样性进化(物种多样性)好像是完全分离的两个问题,植物物种多样性进化和遗传系谱关系密切,而植物果实颜色多样性却关系不大,好像浆果不是植物结出来的一样。我想这就是植物的精妙和神奇之处,看似不言不语,背后却蕴含着极为复杂的关系。等待着人类的深入探究,进一步逐一为我们解答。


延伸阅读:果实类: 西双版纳各种浆果(图册

        上天入地:榕树挂果方式的差异链接

        生物多样性的进化:

        自然的相似性与多样性:蜘蛛抱蛋的启示链接

        为什么很少有昆虫敢吃蕨类链接



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