种子的生存智慧

2017-06-30

种子的生存智慧


  果实,传播者的报酬 

  果实是被子植物的传承策略和手段,它们是献给种子传播者的报酬,而且是很实用的报酬。被子植物的繁殖与传播,在策略上主要体现在两个层面:一是花的层面,也就是授粉并形成种子;一个传播的层面,也就是将种子传播到更为广泛的地域。 


  


  作为种子传播者的报酬,果实在生长发育过程中,除了形态与结构上的变化外,还伴有复杂的生理变化,其中肉质类果实的变化尤为明显。它们有几个方向的考量: 


  颜色。果实的色泽与果皮中所含色素有关,里面主要有叶绿素、类胡萝卜素、花青素等,色素的含量与种类不同,果实所呈现的色泽也不相同。通常较强的光照与充足的氧气,有利于花青素的形成,果实向阳的一面往往着色较好。此外乙烯、萘乙酸等物质也可促进果实的着色,而生长素、赤霉素、细胞分裂素等能使果皮保持绿色,推迟上色。植物的颜色促进着动物视觉的发展。 



  质地。果实逐渐由硬变软,原因是果皮细胞壁中可溶性果胶增加,原果胶减少,使细胞间失去了结合力,致使细胞分散,果肉松软。温度和乙烯、萘乙酸等激素和生长调节剂均能降低果实的硬度。植物的质地一定程度上促进着动物的触觉发展。 


  气味。它的主要成分包括脂肪族与芳香族的酯,还有一些醛类。柑橘中有60多种香气成分,葡萄、苹果中则有70多种,香蕉的特殊香味主要是乙酸戊酯,橘子中的香味则为柠檬醛。植物的气味促进动物的嗅觉的发展。臭味虽然不讨人类的喜欢,却能使苍蝇之类逐臭的家伙兴奋,对它们来说,臭味也许就是香味。 

  养分。现在有很多人在研究各种植物果实的营养,而这些营养正是各种动物所需要的,有的也是植物本身所需要的。如果果实不被动物享用,那么它们也可以作为种子萌发的营养。


 

  味道。主要是由糖类形成的甜味。

    人类和动物的生存,是离不开糖的。哺乳动物的乳汁中,含有乳糖,由葡萄糖与半乳糖缩合而成,又称为双糖,供幼小的生命摄取糖分。人体各组织器官都要依靠糖作为主要燃料,氧化后产生热量来维持呼吸、消化、循环、泌尿……因此说,糖是人类以及动物活动能量的主要来源。


    糖是人类所需要的,也是动物们所需要的,而且还具有甜味,很多动物都在追求它们。植物们的果实,正是适应了这种需求,它们大多数都是甜的,包括单子叶类植物也是如此,动物们愿意享受它们也就理所当然了。而对植物来说,糖则是果实中积累的淀粉,在成熟过程中逐渐被水解,转变为可溶性糖,使果实变甜。果实中的主要糖类有葡萄糖、果糖和蔗糖。不同果实糖的种类及含量都不同。 


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  不会咀嚼的鸟儿们是植物种子旅行的上上之选,很多植物如花楸属(Sorbus)、悬钩子属(Rubus)、红豆杉属(Taxus)等,它们在种子成熟时果实由青色变成显眼的红色或者黑色,它们发出的讯息简单明了,硕果累累的果树成了鸟儿们举行盛宴的殿堂,各路食客纷纷聚集。经过一番盛宴的招待,鸟儿们带着嗉囊中成百上千的种子飞翔到很远的地方,果肉会被消化吸收掉,但是无法消化的种子则会被鸟儿们排放到远方。 

  海芋(Alocasia macrorrhiza)的果聚生,鲜红,像一个火炬,这种小浆果就是小鸟所喜欢的。这也正是海芋等一些植物们的策略,它们在进化过程中突出了颜色或者“味道”,小鸟们将浆果吞入肚中,种子没有被消化,会随着鸟粪排泄到别的地方去。 

  榕(Ficus)果的果实有的小如豌豆,有的大如苹果,是鸟儿美食的宝库,动物享用了榕果,果肉消化了,细小的种子却带到别的地方排出来,实现了物种的旅行。 

  亚洲野象喜欢野生芭蕉(Musa basjoo ),这么庞大的动物也被芭蕉细小的种子利用了。 

  具有臭味的榴莲(Durio zibethinus),外壳有刺,但是大象喜欢它们,长臂猿喜欢它们,还有鸟类喜欢它们。 

  这些经过传播者肠胃的种子发芽力还会有所提高,一方面是动物肠胃里的消化液起作用,另一方面,它们伴随着动物的粪便,有萌发的养分可用。 

  很多植物的种子虽被动物们送到了较远的距离,但是某些种子的萌发条件苛刻,很多地方对它们萌发成长来说是不尽理想的,如何将自己的种子送到适合发芽的地方成了这些植物亟待解决的难题。科学家们发现很多这类植物都有自己的最佳拍档,如生长在尼泊尔森林中的滑桃树(Trewia nudiflora),由于他们的种子萌发需要较强的光照,因此林下环境对其来说是致命的。而酷爱以滑桃树果实为食的印度犀牛则帮它们解决了这一难题,因为印度犀牛喜欢觅食后回到开阔的河畔草原上休息,并在那里排便,这样滑桃树种子就被带出了森林,并找到了一个适宜的萌发环境。同样不可思议的是庞大的非洲象对刺槐(Robinia pseudoacacia)种子的庇护,因为如果没有非洲象的庇护,受昆虫和动物青睐的刺槐种子将在成熟时被一扫而光。另外,由于大象们不喜欢细细咀嚼,种子不但能完好的进入大象的胃里,而且他们的胃液还能有效地杀死这些种子害虫,对种子进行全面的消毒,促使种子能更好地萌发。 

 

 

  蚂蚁是一种孜孜不倦的昆虫,很多植物选择了蚂蚁作为他们的信差,它们存在着一种真正的互惠现象或相互得益的关系。百部(Stemona japonica)等植物的种子上附着有油质体,蚂蚁们在搬运这些美食的同时,将种子也一块儿搬到了地下,不仅避免了种子遭到其他动物的取食,同时蚂蚁只爱附着在种子上面的这些肉质丰厚的部位,对种子本身没有一点兴趣,因此种子们能在地面下有效的找到一个安身之所。 

  壳斗科(Fagaceae)等植物的种子在地面上很快会被虫蛀或者腐烂,这时经常在地下活动而且会储存食物的啮齿类动物就成了它们的贿赂对象。啮齿类动物喜欢贮存一些食物以备将来食物缺乏时食用,这一行为能将种子带到地下一定的深度,这刚好符合种子萌发的需要,但只有当这些动物忘记了自己存放种子的地方时,他们才有机会萌发。这完全是一种机会主义者的做法,啮齿动物是种子采食者,贿赂它们的植物很可能会付出惨痛的代价。同样鸦科鸟类中有些种类也会贮藏种子以备不时之需,它们喜欢把干果(坚果和松子)带离森林,到开阔的地方埋藏起来,其深度刚好切合种子的需求,未被重新取食的种子可能萌发。  

    

 毒与刺,多样的防御手段 

  如果说甜味是引诱,那么涩味、酸味、苦味就是拒绝。涩味是单宁物质在发生作用。一些植物的果实未成熟时,由于细胞液中含有较多的单宁物质,所以有涩味。在果实成熟过程中单宁被酶氧化成无涩味的过氧化物,或凝集成不溶于水的胶状物从而使涩味消失或减少。 

  涩味对植物的果实来说,更多时候是表示一个阶段,也就是表示果实尚不成熟。而成熟之后,它们的涩味就大多变成了甜味了。这个过程中,单宁减少,糖类增加,吃起来就甜美可口了。在这个转化过程中,乙烯起了关键性的作用。 

  植物的种子还没有发育成熟,它们就用涩味来拒绝动物们的侵食,而当种子们成熟了,它们就展现美丽的红色和甜而适口的果肉来引诱动物们。未成熟的葡萄则用绿色配合酸味来拒绝食客。成熟的葡萄是紫色或者红色的,都是很诱人的色彩,招呼着动物们快来享用,然后把它们小小的种子传播出去。 

  很多植物未成熟的果实中含有苹果酸、柠檬酸和酒石酸等多种有机酸,使果实呈酸味。随着果实的成熟,一部分有机酸转变成糖,还有的被氧化,有的被钾离子和钙离子等中和,酸味下降。 

  苦味是由果实里面的生物碱所决定的,比如黄连就具有黄连碱。辣味也是如此,辣椒因含有辣椒素才辣,而生萝卜的辣味则由芥子油来展现。 

  涩味、酸味、苦味、辣味等,是果实的警戒味道,通常与绿色相结合。 

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  一些植物的种子并不需要食客们来传播,于是它们在种子里下了毒。海杧果(Cerbera manghas)是夹竹桃科植物,是海杧果属的一种常绿小乔木,产于广东、广西、海南和台湾,以海南分布为多。它们全株含乳状汁液,果皮含海杧果碱、苦味素、生物碱、氰酸,毒性强烈,误食能致死。其中一种被称作“海杧果毒素”的剧毒物质,其分子结构与异羟洋地黄毒甙非常相似,会阻断钙离子在心肌中的传输通道,一般在食用后3-6小时内便会毒性发作,致人死亡。它们为什么这样狠?因为它们的种子是用漂浮方式来传播的,拒绝动物的嘴巴。 

  人类喜欢的辣椒(Capsicum annuum)也是一些哺乳动物的大毒,它们的辣味不是为人类准备的调味品,而是拒绝被食用的警戒。但是,研究者发现,鸟类却喜欢食用它们,并帮它们传播种子。 

 

  美味的桃子(Amygdalus persica)没有毒了吧,许多哺乳动物像人类一样喜欢吃桃子,它会将桃核吐了,而一些大型食草动物吞下桃子后,桃核就会经过动物的消化系统最终排出,它们可在的是好地方啊,肥料充足,长出来没有问题。但是,桃子的外层长着一层绒毛,研究人员认为这层绒毛有助于保护桃子避免昆虫侵扰,原来它们不喜欢昆虫啃食,因为昆虫不会帮它们传播种子。 

  一些种子在防范上用上了刺,有的还毒刺兼用。 

  蓖麻(Ricinus communis),大戟科植物,果实生有硬毛和刺,簇生,全株有毒,种子毒性大。种子外形似豆,表面有花斑,成熟后含有毒的蓖麻碱,轻度中毒者表现衰弱无力,重者导致恶心、腹痛、吐泻、体温升高、呼吸加快、四肢抽搐、痉挛、昏迷死亡。动物们最好不要惹它。 

  曼陀罗(Datura stramonium),茄科植物,原产热带及亚热带,我国各省均有分布。它们的果皮有刺,种子有毒,主要成分为山莨菪碱、阿托品及东莨菪碱等,中毒表现为口腔和咽喉发干,吞咽困难,声音嘶哑、脉快、瞳孔散大、谵语幻觉、抽搐等,严重者昏迷甚至呼吸衰竭而死亡。 

  另一些带刺的植物种子,自有其独特的传播方式。它们种子上的各式各样的刺,或者称为钩更合适,能抓住动物的皮毛实现旅行和传播。小时候我们喜欢将粘黏子、苍耳等小果粘在别人的头发上,以此为乐。而那些带钩的小家伙很不容易摘下来。在这样一个玩乐的过程中,我们就帮助这些小小的种子完成了它们重大的关于传播的使命。 

  窃衣(Torilis scabra)、鬼针草(Bidens pilosa)、苍耳(Xanthium sibiricum)这一类植物的果实和种子上长着各种各样的刺或钩,一旦人或动物和它接触,那些带钩、长刺的小家伙,就能牢牢地挂住动物的皮毛,进行免费的长途旅行,这些钩子成效卓越,动物迟早会将身上的这些种子弄下来,如果它们运气够好,就能被送到远方。 

 

 

    

    驭风,插上飞翔的翅膀 

  风无处不在,对于人类是清洁的再生能源,也为植物提供了名符其实的顺风车,聪明的植物们当然不会放弃这一大自然的恩惠。 

  兰科(Orchidaceae)植物的种子以小而闻名,小种子具有较大的表面积体积比,当种子成熟时,果荚开裂,轻微的空气流动就能将这些种子带向数公里外的地方。 

  很多植物的种子比兰科植物的种子重多了,想要飞就必须进化出特殊的构造,蒲公英属(Taraxacum)植物的每粒种子都长有类似降落伞的冠毛,这一完美的结构无疑是大自然的眷顾,在种子的传播过程中展现出了巨大的优势,一阵微风就能将它们带入高空,靠着微弱风力它们就可以到达数公里远的地方。  

  乘风旅行的植物除了特殊的结构外,其种子脱落高度也是一大优势,种子离地的距离越高,落地的时间也就越长,所散布的距离也就越远。杨柳科(Salicaceae)植物的种子成熟时我们就可以看到漫天飞舞的柳絮,借助树高的优势,风把这些带绒毛的种子送到数公里之外易如反掌;但是在茂密的森林中,空气流动较差,植物们就没这么好运了,在这里种子想借大风来进行长途旅行是不可能的,但这也难不住“内力”深厚的植物们,很多植物为种子准备了精良的飞行工具。滑翔并非鸟儿们的专利,生长在热带的紫葳科木蝴蝶(Oroxylum indicum)就是其中数一数二的高手,种子的四周“装备”上了一层薄翼,只要是微弱的上升气流就能将这个装载种子的小小滑翔翼送到远方。 

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  猫尾木(Dolichandrone cauda-felina)的种子用滑翔板旅行。它们的果实长近半米,淡灰色,靠近了看,披满了绒绒的毛,真像猫尾巴。雨季来临,“猫尾”们裂开,飘出带着翅膀的种子,它们的翅膀像块滑翔板,或者说像张创可贴。 

  部分菊科植物用降落伞飘飞。它们的花开过,收拢,然后结籽,又张开它们新的“花形”,吐出带着降落伞的种子。它们是借助风来传播种子的,风来,枝头摇动,种子们打着伞随风飘,能飘多远飘多远。 

  马利筋(Asclepias curassavica)用簇状毛飞翔。它们是萝摩科多年生草本植物,原产于美洲和非洲。它们的花朵很小,松散成簇,每个花朵中有一个五边形杯状花心,外围有5个向后延展的花瓣。它们的荚果在秋天会裂开,撒下簇状的种子,随风传播。 

  亚洲热带雨林中的望天树(Parashorea chinensis)等龙脑香科(Dipterocarpaceae)植物,它们有自己独特的传承策略,它们的群落会像约定好的一样,在高高的树冠上几乎同时开花。更有意思的是,它们的花不仅能同时开放,而且开花时间是没有规律可循的,两次开花之间的间隔有时是一年两年,有时却能达到十多年,不像一些植物一年一次开花或者相隔相同的几年一次开花。研究者认为,它们的开花间隔如此这般随意,就意味着可能有效防止捕食者提前做好享用它们种子的准备,这样一来,望天树种子生存的机会就更多了。 

  龙脑香科(Dipterocarpaceae)植物还有一个特点,它们每个果实里只有一粒种子,它们在树上就开始发芽,长到一定程度就脱离母树,下落时利用螺旋桨式的翅片,发挥着降落伞的作用,使已具有根的种子直插土中。这种在树上就先行发芽的现象,也表明了它们对生存环境的极好适应性。 

  它们的种子落到地上,要么很快生长,要么很快腐烂,它们中仅有1%或者更小的比例能够存活,能够长成大树的就更少了。 

  藜科(Chenopodiaceae)、伞形科(Umbelliferae)等植物中有一些生长在沙漠中的风滚植物,它们未能为种子“制造”出精良的飞行工具,但是为了能有效的利用这一资源将自己的种子散布出去,母亲完全的奉献了自己。当种子成熟时植株的根部会枯萎干缩,从而脱离土壤,整个植物蜷缩成一团,随风翻滚,在这个过程中,慢慢将种子散布出去。

    漂泊,四海为家的远行 

  风固然是很好的旅行工具,但对于一些比较大的种子来说就是可望而不可及的了,远亲不如近邻,生活在水边的植物充分利用了水资源提供的动力来为种子做长途跋涉。 

  我们不得不感叹大自然的神奇,生活在热带河流两岸的榼藤属(Entada)植物有着世界上最大豆荚,它们在植物的旅行高手中绝对榜上有名,豆荚上的种子以凹陷两两相隔,能够逐节脱落掉入水中,随后开始的旅行是残酷的,坚硬的种皮虽能为这些种子提供保护,但是很多种子在这个过程中香消玉陨,只有少数种子能遇到合适的生境生根发芽。 

  棕榈科(Palmae)植物在热带海边生长,利用海水来实现远距离移民。椰树独具风情,点缀在热带海边。它们是有名的海上旅行家,巨大的种子成熟时,从树上掉落下来,落入海中,海潮能把它们带到千里之外。它们有不易透水的革质外皮,能长期浸在海水中;它们的中层是厚厚的纤维组织,质地轻,充满空气,能使椰子漂浮在水面;它们的内层坚硬,保护着种子;而椰子汁,则是它们的营养。它们被冲上岸,条件合适就立地生根,也体现着极强的萌发能力。 

  槟榔(Areca catechu)也是海上旅行家,不过它们形体小一些而已。它们开花的部位高,需要抬头才能看到。花开过,就长出椭圆形青色的小果,成熟时变成橙色或者红色,熟透,落入海中,远航。 

  淡水中的漂流者也不少。菱角(Trapa bicornis),菱科一年生浮叶水生植物。主根较弱,伸入水泥中,吸收养分。叶分两类,一类浮出水面的叫浮叶,叶柄粗肥,中部膨大成气囊,使叶片能浮于水面;另一类沉于水中,狭长,线状,无叶柄和叶片之分。花白色或淡红色,果实秋后成熟,为坚果,像牛角,从茎上脱落沉于水底,实现传播。 

  池塘中的睡莲(Nymphaea tetragona)在果实成熟后落入水中,果皮腐烂后释放出穿有“救生衣”的种子,这些种子的外种皮有着特殊的结构,它能像海绵袋一样充满空气,在外种皮的保护下种子能够随波逐流,直到种皮腐烂或者其中的空气耗尽,种子才沉入水底,等待来年生根发芽。 

 

   来源:中国科普博览


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