一些植物是如何进化成食肉动物的?

2020-07-08 09:34 来源:新浪科技综合

捕蝇草进化成了一名手段高明的绿色猎手。

捕蝇草进化成了一个技艺高超的绿色猎人。新浪科技新闻北京时间7月8日,据国外媒体报道,大约7000万年前,当恐龙还在地球上猖獗的时候,一些植物由于基因异常变成了食肉动物。一项新的研究发现,控制这些植物根和叶的基因已经改变,导致它们的功能变成捕捉猎物。

几千万年后,一些非食肉植物才逐渐变成凶猛的肉食动物。这个过程分为三个步骤,上面提到的基因变化只是其中之一。

这种转化给了这些植物许多优势。从效果的角度来看,“食肉植物可以通过捕捉和消化富含营养的动物而在贫瘠的土壤中生存。”研究人员在5月14日发表于《当代生物学》(当代生物学)的论文中写道。

为了了解食肉植物是如何进化的,由德国维尔茨堡大学领导的国际植物学家和生物学家小组比较了三种现代食肉植物的基因组和解剖结构。

地球上有数百种食肉植物,但是研究人员选择了三种相关的食肉植物进行分析。这三种植物都属于樟科,它们都是通过行动捕捉猎物。

其中一种植物是人们所熟悉的捕蝇草(拉丁文名称为狄奥纳蝇),它原产于北卡罗来纳州和南卡罗来纳州的湿地。许多卡通人物都受到了它的启发。它的亲缘植物甘蔗柱头(拉丁文名称:Aldrovanda vesiculosa),几乎占据了每个大陆的水系。它在水下有又长又薄的捕虫器,可以很快将迷路的水生动物紧紧地夹住。第三种植物是美丽但致命的多毛苔藓(拉丁名为屈螺),在澳大利亚很常见。它用甜蜜的蜜露引诱它的猎物,然后用粘液牢牢地困住它。

在分析了这三种植物之后,研究小组发现了植物成为食肉动物的三个步骤。首先,大约7000万年前,这三种现代食肉植物的非食肉植物的祖先经历了全基因组复制,形成了所有DNA的拷贝。这种复制使得控制叶和根的基因之一得以分化,这使得植物的叶和根具有其他功能。一些叶子基因将叶子变成“陷阱”,而允许植物从土壤中吸收养分的基因开始主导植物从动物中吸收养分。

一旦植物有能力从它们的猎物那里吸收营养,转化的第二步就开始了。此时,传统的叶子和根不再必要,许多与吸收肉类营养无关的基因开始消失。例如,旱獭的幼苗会生长出早期的原始根系,但是随着植物的成熟,根系会停止生长。这是这种植物根系的唯一残余。研究人员指出,由于许多基因的缺失,本研究中观察到的三种植物是目前已经接受基因测序的植物之一。

其他科学家在2013年进行的两项研究也在其他食肉植物中发现了类似的结果。他们发现,与非食肉植物相比,水生灵猫(广泛分布于除南极洲以外的所有大陆)和巴西本土陆生植物的基因组非常小。参与这项新研究的科学家指出,这两种食肉植物可能经历了相同的基因丢弃过程。

在转化为食肉植物的第三步,植物根据它们的环境进化。研究人员发现,它们的根和叶已经成为捕捉猎物的工具。曾经帮助植物吸收土壤养分的基因现在负责指导植物产生消化和吸收猎物所需的酶。用来分泌花蜜的基因现在成了一个甜蜜的“陷阱”,负责产生吸引猎物的物质。

大多数有叶子和根的植物都有成为食肉植物的必要原料。研究人员在报告中写道,这项研究揭示的三个步骤表明,随着时间的推移,古代的“非食肉植物”逐渐进化成地球上最聪明的“绿色猎人”。(树叶)