傳粉昆蟲促使植物快速趨異演化

傳粉昆蟲促使植物快速趨異演化

陳華燕

大多數（87.5%）開花植物是依靠昆蟲或其它動物傳粉以維持植物種群的繁衍。因此，傳粉動物在生態系統正常運作和為人類提供營養物質方面扮演著本質性的角色。早至達爾文，生物學家就發現，傳粉動物不僅可以為植物傳粉，還可以促使植物多樣性的演化。然而，植物是如何根據不同傳粉動物做出演化反應以及演化的速度是怎樣的，科學家仍知之甚少。傳統的設想是，生物的演化是個緩慢的過程，例如，從人屬的出現到智人（現代人）的出現經歷了220萬年的演化。近日，來自瑞士蘇黎世大學（University of Zurich）的進化生物學家Daniel D. L. Gervasi和Florian P. Schiestl發表在Nature Communication上的一篇文章揭示：傳粉昆蟲可以在短期內加速野芥菜（Brassica rapa，油菜的近親）的進化，而且進化的方向取決於傳粉昆蟲的種類（圖1）；僅經過短短9代，與食蚜蠅（圖2）相比，由熊蜂（圖3）傳粉的野芥菜植株長得更大，花有更多的芳香氣味（http://www.nature.com/articles/ncomms14691）。

研究人員用野芥菜設置了3組實驗：第1組由熊蜂傳粉；第2組由食蚜蠅傳粉；第3組為對照組，人工傳粉。3組實驗各進行了9代後，研究人員測量了植物的一些表型性狀，如植株的大小，花瓣反射紫外光（蜜蜂看到花的樣子）的面積和每朵花釋放芳香氣味的量等。結果發現，由熊蜂傳粉的植株個體更大，有反射更多紫外光的花更多，而且花朵釋放更多的芳香氣味；而由食蚜蠅傳粉的植株個體更小，花朵釋放的芳香氣味更少，而且自花受粉的情況更多。研究人員認為，在這項研究中，野芥菜向不同方向進化的機制是由傳粉昆蟲對植物的喜好性決定的。在實驗的後期，與由食蚜蠅傳粉的實驗組野芥菜花相比，熊蜂更偏好訪問由熊蜂傳粉的實驗組野芥菜花，說明野芥菜已經演化出適應熊蜂的偏好。而食蚜蠅傳粉的效率低，促使該實驗組的野芥菜自花受粉的情況增加，以適應食蚜蠅傳粉的不足。這項研究發現，僅僅9代，傳粉昆蟲就對植物對性狀產生了巨大的影響。這使得研究人員推斷，在自然的環境條件下，傳粉昆蟲的組成發生小的變化有可能引發植物快速的演化。這種現象在當前的情況下可能會更加激烈，因為已有大量研究表明，由於殺蟲劑的大量使用和自然生境的破壞，一些傳粉昆蟲的數量正在減少。傳粉昆蟲的不足可能可以導致植物演化出更多的自花受粉和具更弱芳香氣味的花。長此以往，這將會降低植物種群的遺傳多樣性並且使得植物更易感病。

前不久，有工程師研製出傳粉飛行器，欲用飛行器代替傳粉昆蟲，以解決傳粉昆蟲種群消失的問題。我個人欣賞任何形式的創新，但並不看好用飛行器替代傳粉昆蟲的想法。植物與傳粉昆蟲已經相互適應演化了千百萬年，傳粉的複雜性遠非工程師的想像。而且從本文介紹的研究結果來看，植物的演化對傳粉者的變化是非常敏感的，用飛行器替代傳粉昆蟲將可能對植物的演化產生災難性的後果。個人覺得，目前的研究更應該是回歸自然，向自然尋求保護傳粉昆蟲和植物的方法。

圖1.由不同傳粉昆蟲傳粉培育的野芥菜。左圖為由熊蜂傳粉，右圖為食蚜蠅傳粉，左邊的植株明顯比右邊的大。（引自http://www.media.uzh.ch/en/Press-Releases/2017/Pollinator-insects.html）

圖2.食蚜蠅

圖3.熊蜂給野芥菜傳粉。（引自http://www.media.uzh.ch/en/Press-Releases/2017/Pollinator-insects.html）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！