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              中國科協、中科院攜手“互聯網+科普”平臺,深耕科普內容創作
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              為了搶地盤,植物打起架來也會“動手”!

              原創
              植物 葉片 葉子 地膽草
              中國科普博覽

              出品:科普中國

              作者:廖鑫鳳(中國科學院昆明植物研究所)

              監制:中國科普博覽

              植物間暗戳戳的斗爭

              看了題目你是不是會問,植物怎么動手?其實,把時間尺度略拉長一點的話,你會發現植物表現出的主動斗爭性一點都不比動物差:它們為了得到陽光搶占空間,通過精心布局遮蔽其他植物,直到把可利用的空間全部都填滿。

              可以說,植物長出每一根枝杈和每一片葉子都是有“心機”的。它們的枝杈能在大方向上搶占空白區域,通過合理布局防止自己被遮蔽,而葉子還可以小范圍移動,通過扭動葉柄來使自己達到最大的向光程度。

              常春油麻藤通過扭動葉柄移動自己的葉子

              (圖片來源:作者)

              你可能會在森林的冠層中看到過這種現象:樹與樹之間留有縫隙,仿佛彼此留有“情面”一樣,但這種叫作林冠羞避的現象很可能也不是它們互相禮讓,更可能是它們斗爭過后留下的痕跡。幾顆樹的枝杈互相侵擾彼此的空間后,它們雖然不直接出手“打架”,但冠層間的風會讓它們“短兵相接”。就這樣,經過長期物理磨損后,才在冠層間留下了這默契的縫隙,給底層的植物留出了陽光。

              林冠羞避現象

              (圖片來源:維基百科)

              在地下,植物的根系像動物搜尋食物一樣行動,表現出覓食性,它們默默斗爭,奪取地下的水分與營養元素,幾乎寸土不讓。根系如同植物的地上部分一般,默默拓展,提前搶占地下的空白區域,根系的暗斗也讓植物出現分化,讓地下空間中的根也如地上部分一樣出現分層,仿佛彼此禮讓一般,但實際也是斗爭后的結果。

              地下根系結構

              (圖片來源:The Turfgrass Group)

              植物甚至在地面上也會有提前“布局”。它們會通過落葉向地面“投毒”,這些葉片被分解后產生的化學物質能抑制其他植物萌發。比如,你可能會見到核桃林下植物稀疏,這是因為核桃通過葉片向地面釋放核桃酚,來阻止其他植物與自己搶奪資源,這種策略被稱作化感作用。

              化感作用導致林下無植物生長

              (圖片來源:維基百科)

              這些常見的斗爭方式顯示出植物已經為爭搶地盤與資源暗戳戳地彼此爭斗了,但還沒有像動物一樣直接動手,這是因為植物的移動性較差,不方便動手。但最新的研究發現,植物可以通過持續性生長帶來的變化直接“動手”。

              植物中的“動手打架黨”

              比如生長于亞馬孫的王蓮(Victoria amazonica),它們蓮如其名,霸主氣質讓人拍案叫絕。

              在亞馬孫,王蓮要從河面冒出來的時候,河面可能已經被其他水生植物塞滿了。對那些適應水面生境的植物來說,水面可是一個優越的所在,不缺陽光,能自由移動。因此在生長季來臨的時候,植物熙熙攘攘,水面的競爭如非洲草原一般激烈。

              可惜的是,這些浮水植物的優勝只是一時的,王蓮在葉子冒出水面之前就已經在蓄力了。作為沉水植物,它們有根系扎在土壤之中為它們穩固身形,它們的葉子被葉柄托舉出水面時,王蓮就已經做好準備開戰了。

              亞馬孫王蓮葉片從水底冒出

              (圖片來源:NikonClub Singapore)

              在水下時,王蓮的葉芽已經完成分化,盡管到達水面時仍是一個芽,但它生長十分迅速,能快速地擴充。葉子不斷長大的同時,向周圍不停地伸展,王蓮葉背的刺在生長和伸展時,還可以傾軋周圍的植物。

              王蓮用葉背的刺傾軋其他植物

              (圖片來源:Wordpress)

              如果用延時攝影展示王蓮的生長過程,它們葉子的一整套操作就能浮現出全貌。原來,在葉子未展開時,葉背的刺就會伸出來、卷曲著,起到保護芽點的作用。

              隨著葉片的生長擴張,葉片本身也開始在河面做回旋運動,以河底的根系為支點,以葉柄為半徑,開始像套馬桿一樣繞圈。其他植物對此毫無招架之力,葉子上的刺也得以清掃湖面,所向披靡,霸氣程度不亞于非洲草原上的獅子王。

              亞馬孫王蓮葉片利用橫掃傾軋最后統治水面

              (圖片來源:rove.me)

              先“躺平”后動手的“心機”植物

              王蓮利用生長帶來的力量主動出擊,在河面上與其他水生植物搶地盤。無獨有偶,一種生活在薩瓦納草地環境中的菊科小草——地膽草(Elephantopus elatus),也利用相同的策略在地面上展開了斗爭。

              它們看起來像是已經完全“躺平”了:葉子主要在地表,鋪成蓮座狀,一點都沒有要出頭的意思。它們冒出頭的唯一時期是在繁殖季,花會抽出地表來,方便傳粉、散布種子。其余時候,葉子就完全是“躺平”的狀態,只在水平方向拓展。

              地膽草的躺平姿態

              (圖片來源:phytoimages.siu)

              在這種生長模式下,它們很快就會被快速冒出來的草遮蔽掉。有意思的是,它們蓮座狀的葉子雖然沒有辦法在地表的垂直方向表現出競爭力,但它們可以“步步為營”。

              它們的葉片在生長的時候,葉片邊緣向內卷曲,像一個托盤倒扣在地面上一樣,以此來獲得抓地力,這樣葉片快速伸長的時候,就能把附近冒出來的草苗推開,不讓自己的區域被遮蔽。這樣一來,四散開來的地表葉就可以在地表搶地盤了。

              科研人員從野外生境中移植了地膽草用于做實驗,在它們葉子生長的方向上插了一根塑料管,塑料管上安裝了微型的測力儀器。研究發現,通過在地上匍匐生長,地膽草用葉尖不停往前推,葉片平均能推出0.018N的力,最大時能達到0.2N。

              地膽草葉片產生的推力大小范圍

              (圖片來源:參考文獻,漢化:祝歡)

              盡管這些努力看起來似乎微不足道,但它們并不是蚍蜉撼樹。它們面對的不是身軀龐大的巨人,而是剛剛冒出頭的草類幼苗,它們要做的事情是把幼苗扼殺在搖籃里,防止它們長起來后再遮蔽自己。

              地膽草產生的推力與推動的距離測量

              (圖片來源:參考文獻)

              科研人員除了測力外,還將黑麥草(Lolium perenne)的幼苗放置在地膽草的周圍,他們發現地膽草產生的力足夠推動甚至覆蓋20株黑麥草的幼苗。

              這不僅是地膽草用力推動的作用,也有來自于體形上的打壓。面對未伸展的草幼苗,地膽草的葉片顯得十分寬大,相當于用推土機去推一堆小草一樣,并不需要花費多大的力氣。如果第一次并沒有推動的話,地膽草還會從同樣的基點發出第二波、第三波葉子,頗有些不達目的誓不罷休的豪邁感。

              地膽草推動周圍生長的黑麥草

              (圖片來源:參考文獻)

              對生活在季節性草地的地膽草來說,它的主動競爭策略是有針對性且有效的。在草類的生長季來臨之時,這些草會從地下芽中迅速拔高,過不了多久,這些高草就能遮蔽地膽草,讓其成為真正的無陽光可享的最底層。

              薩瓦納完全生長起來的草地

              (圖片來源:Pinterest)

              但通過葉片的快速生長,研究人員估計,一株地膽草能保住自己0.1平方米的面積,這一塊區域將在推力、體形壓制的作用下無法產生遮蔽。這樣的話,即使地膽草仍然在地表,但上層沒有被占據,它也會是最頂層,享有充足的陽光。

              地膽草葉片快速生長,產生推力

              (圖片來源:參考文獻)

              結語

              這個發現給植物的主動斗爭研究切開了一個口子,我們周圍有蓮座狀葉子的植物也不少,它們看起來似乎安安靜靜地待在地表,但也許它們其實也一直在暗下功夫。

              我們不妨想象一下,當我們看到一片森林時,我們看到的也許只是植物斗爭后的結果。森林的垂直結構往往很明顯,喬木在最上層,灌木次之,草本層在最下,藤本攀爬在其中,但如果我們仔細想想這個過程的話,可能每一種植物占據自己位置的過程也十分刺激、激烈。也許,植物未來會有更多的主動“動手”的事件等著我們去發現。

              參考文獻:

              [1]Sicangco, Camille K., et al. "Active space garnering by leaves of a rosette plant." Current Biology 32.8 (2022): R352-R353.

              評論
              無限探索者
              少師級
              植物們為了爭奪地底的養分,空中的陽光,而不斷勾心斗角,打起架來,以爭的存續優勢。甚至不惜排毒以清理自己的周邊。
              2022-11-22
              傳承解惑
              少師級
              當我們看到一片森林時,我們看到的也許只是植物斗爭后的結果,但可能每一種植物占據自己位置的過程也十分刺激、激烈。
              2022-11-22
              科普5dc9249e
              庶吉士級
              自然界動物、植物、人類的生存都有自己的法則,存在競爭、存在共享、存在和諧!
              2022-11-22
              一级毛片女人高潮喷水图片

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