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一部分植物是如何进化成食肉者的?
发布日期:2020-07-08 09:24:11  稿源:新浪科技

北京时间7月8日消息,据国外媒体报道,大约七千万年前,当恐龙还在地球上横行的时候,由于一次基因异常,导致部分植物变成了食肉者。一项新研究发现,控制这些植物根部和叶片的基因发生了变化,导致它们的功能变成了以捕获猎物为目的。一些非肉食植物历经数千万年时间,才逐渐变成了凶残的肉食者。这一过程共分为三步,上面所述的基因变化只是其中的一步。

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这种转变使这些植物获得了许多优势。从效果来看,“食肉植物通过捕获和消化富含营养物质的动物,可以在贫瘠的土壤中生存。”研究人员在5月14号发表在《当代生物学》(Current Biology)的论文中写道。

为弄清食肉植物是如何演化出来的,一支由德国维尔茨堡大学带领的国际植物学家与生物学家团队将三种现代食肉植物的基因组与解剖结构进行了比较。

地球上有数百种食肉植物,但研究人员选择了三种具有亲缘关系的食虫植物来分析。这三种植物均属于茅膏菜科,并且都通过动作来捕捉猎物。

其中一种植物是我们熟悉的捕蝇草(拉丁名Dionaea muscipula),原产于南北卡罗莱纳州的湿地中。许多卡通形象都受到了它的启发。其近缘植物囊泡貉藻(拉丁名Aldrovanda vesiculosa)几乎占领了每个大洲的水系。它在水下长有细细长长的捕虫夹,可以迅速将误入其中的水生动物紧紧夹住。第三种植物是美丽但致命的小毛毡苔(拉丁名Drosera spatulata),在澳大利亚十分常见。它会用甜甜的蜜露诱惑猎物前来,然后用黏液将其牢牢困住。

对这三种植物展开分析后,该团队发现植物变身为食肉者的三个步骤。首先,大约7千万年前,这三种现代食肉植物的某个非食肉植物祖先经历了一次全基因组复制,形成了一份全部DNA的副本。这次复制使得其中一份控制叶片和根系的基因得以分化,使植物叶片和根系拥有了其它功能。一些叶片基因使叶片变成了“陷阱”,而让植物可以从土壤中吸收营养的基因则开始主导植物从动物中吸收养分。

一旦植物具备了从猎物体内吸收养分的能力,转变的第二步便开始了。此时,传统的叶片和根系已经不再是必需品了,许多与吸收肉食养分无关的基因开始消失。例如,囊泡貉藻的幼苗会长出一种早期的原始根系,但随着植株成熟,根系便会停止生长。这是该植物曾有过的根部系统的唯一残留。研究人员指出,由于失去了多种基因,此次研究中观察的这三种植物是目前接受过基因测序的植物中基因种类最贫乏的几种。

2013年由其他科学家开展的两项研究也在其它食肉植物身上发现了类似的结果。他们发现,与非食肉植物相比,一种水生的狸藻(除南极洲外,全球各大洲均有广泛分布)和巴西原产的一种陆生植物的基因组规模都很小。而参与此次新研究的科学家们指出,这两种食肉植物或许也经历了相同的基因丢弃过程。

在转变为食肉植物的第三步中,植物根据所在环境进行了针对性演化。研究人员发现,它们的根系和叶片都变成了诱捕猎物的工具。一度用来帮助植物吸收土壤养分的基因如今负责指挥植物产生消化和吸收猎物所需的酶。曾经用来分泌花蜜的基因如今也变成了甜美的“陷阱”,负责产生吸引猎物的物质。

大多数长有叶片和根系的植物都拥有变成食肉植物所必须的原材料。研究人员在报告中写道,此次研究揭露的三个步骤说明,随着时间的流逝,远古时期的“非食肉性植物逐渐演化成了地球上最高明的‘绿色猎手’。”(叶子)

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