植物研究：無花果外來物種入侵生態係統的方式


圖片來源：Jared Bernard, CC BY-ND
植物學家Kelsey Brock在2017年調查夏威夷考艾島的外來入侵植物時，發現了異常的情況：一些外來的無花果物種好像已經定居於此了。
當人們環繞地球進行貿易或旅行時，身上會攜帶很多種子，其中有許多會在新地方紮根，最終可能會取代本地物種。但是因為無花果在生物學上的特性，我和我的同事們想知道這些無花果是怎樣在考艾島上繁殖出新種群的。
無花果傳粉昆蟲一直以隻為一種無花果傳粉而聞名。而我們對考艾島上生長的無花果樹種的調查顛覆了我們對無花果長期以來的認知，因為我們發現，一隻無花果的傳粉昆蟲會為它之前從未傳過粉的多個無花果樹種進行傳粉。
無花果的奇怪之處
我們通常認為的無花果果實，實際上是一個內部包裹著花朵的閉合膠囊，學術上講是一個自外向內生長的花序。因此一顆無花果樹有邏輯上的問題：如何對其封閉的花朵進行授粉，進而產生種子，長成新樹。
無花果的解決方法是，它釋放出一種特殊的芳香物質來吸引一種特定的榕小蜂。一旦被這種氣味吸引，榕小蜂必須蠕動身體通過一個鎖孔狀的微小開口，從而進入無花果。接著榕小蜂會將卵產入花中。隨著卵的長大，幼蜂會依賴花的生殖細胞作為食物。
但是通往花的生殖細胞的一些莖杆對於榕小蜂來說太長了，很難進入。因而這些榕小蜂並沒有成功產卵，而是在嚐試進入無花果的過程中為無花果花完成了授粉。成功授粉的花進而發育成了無花果種子。
進入無花果的極少數傳粉昆蟲從來沒有能離開無花果。事實上，當你吃無花果的時候，你可能把榕小蜂也吃進去了。當成功授粉的無花果成熟後，它的開口就會閉合，榕小蜂也就死在裏麵了。
當小榕小蜂破卵而出時，雄蜂會第一個出來。它們沒有翅膀，非常瘦小，但仍會咬破無花果的外壁讓姐妹們出來，與此同時也讓它們受精。雄蜂從來不會出現在無花果外。
因而，為了生存，無花果和榕小蜂是完全相互依存的。隨著時間的推移，它們越發適應了這樣的夥伴關係。所以新的無花果物種伴隨著新的榕小蜂物種一起進化。無花果不同樹種間很少共享傳粉昆蟲，這種情況隻在相似度很高並共存的無花果當中存在。
那麽，無花果是如何在沒有特定的傳粉昆蟲的情況下，在考艾島上立足的呢？是它們的傳粉昆蟲也一起到考艾島了，還是發生了什麽其他情況？
一個不同尋常的無花果品種
考艾島沒有本地的無花果品種。但是這裏有數十種來自世界各地的無花果樹種，而它們大多數也無法在原生生態係統共存。一個世紀前，考艾島的護林員特意引進了一些無花果，也包括它們各自的傳粉昆蟲。
為了調查無花果是如何在沒有原始傳粉昆蟲的情況下生存立足的，我們從國家熱帶植物園和整個島嶼上收集了很多無花果。
在顯微鏡下，我剝開每一個無花果去辨認榕小蜂並收集所有種子。多數無花果內什麽都沒有，但有幾個品種裏全是小榕小蜂，還有很多種子。George Weiblen實驗室的同事們分析了這些品種的DNA以再次確認它們的“身份”。
我的同事Seana Walsh和Dustin Wolkis發現，所有帶有榕小蜂的無花果種子都可以發芽，意味著這些無花果都已成功授粉。


圖片來源：Jared Bernard, CC BY-ND
我們發現，來自澳大利亞東部的傑克遜港的無花果所特有的一種榕小蜂，正在與考艾島上的另外兩個無花果品種相互影響，這兩個無花果品種分別是沃特金斯無花果和red affouche無花果。
沃特金斯無花果和傑克遜港無花果非常相似，它們在澳大利亞的分布地區也是重合的，但我們在那裏的大規模調查中，從沒有發現這種榕小蜂和沃特金斯無花果有關聯。很可能，在澳大利亞，沃特金斯無花果的傳粉昆蟲很擅長把傑克遜港的榕小蜂排斥在外。而在考艾島，並沒有沃特金斯榕小蜂，所以傑克遜港榕小蜂就可以隨意“享用”這兩種無花果了。
然而，red affouche是來自馬達加斯加附近島嶼的無花果品種，和傑克遜港無花果品種並不相似。這就意味著，榕小蜂是否可以為一種無花果授粉不取決於它與傑克遜港無花果的相似性，另一個事實也印證了這一點：考艾島上有另一種與傑克遜港無花果相似的無花果品種，然而榕小蜂從未授粉過這個品種。
我們分析了無花果的一些特征，比如它們的大小和開口的形狀，來了解傑克遜港的榕小蜂與它們可以授粉的無花果之間的關聯。我們發現，這些胡蜂可以與具有特定的鎖孔形狀開口的無花果發生互動。這就像是你家的鑰匙實際上是一把萬能鑰匙，它能打開在另一國家的房間。


圖片來源：Dustin Wolkis, CC BY-ND
誰會在乎無花果？
在它們的原生地區，如果無花果和榕小蜂都能將對方和其他品種區分開，那它們就可以存活，因而它們通過微調自己的特征來實現這一點。然而事實上，在全世界的生態係統中，其他無花果和榕小蜂最終也都是用這個方法去尋找對方的。隻要這些生態係統保持相互獨立，那這種相似性就沒有問題，但人類的介入對世界物種進行了“洗牌”，導致了物種間的非自然混合。
在考艾島，生態係統中各個角色的新組合使得傑克遜港榕小蜂能與不同的無花果品種進行互動。因為傑克遜港榕小蜂有了更多的選擇，它的命運就不再隻依賴傑克遜港無花果這一個品種，因而它們的關係發生了根本的改變。同樣，沃特金斯無花果和red affouche無花果現在也有了新的生存之路。
我們的研究工作闡明了，即使是一個依賴特定夥伴生存的外來物種，如果能遇到可以與之匹配的另一物種，也是可以立足於此的。研究人員此前認為，這些經過進化的長期曆練而形成的緊密關係，是很難被改變的。我們現在了解到，這些相互依賴的物種，可以通過形成新的夥伴關係並轉變現有的關係來入侵一個生態係統。
撰文：Jared Bernard，夏威夷大學昆蟲學博士研究生。
翻譯：魏書豪
審校：郭曉
引進來源：theconversation
本文來自：環球科學


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