自然科普:百歲蘭能活一百歲?錯,其實能活兩千歲!
來源:物種日曆
發布時間:2022-01-10
瀏覽次數:853

版權歸原作者所有,如有侵權,請聯係我們(men)

1859年,奧地利植物學家弗裏德裏希•韋爾威奇(Frederich Welwitsch)在非洲安哥拉的尼格羅角(Cape Negro),發現了一種古怪的植物:它如章魚般盤踞在沙地上,低矮卻有木栓皮的主幹,已經很老了的樣子。韋爾威奇雖然不懂它是什麽(me) ,卻大受震撼。次年,倫(lun) 敦林奈學會(hui) 的植物學家們(men) 在描述這個(ge) 新物種時,順理成章地用了“韋爾威奇的神奇植物” Welwitschia mirabilis這個(ge) 名字,它就是百歲蘭(lan) 。

百歲蘭(lan) 和它荒涼的生活環境,出自The natural history of plants, their forms, growth, reproduction, and distribution | Wikimedia Commons


沙漠裏的“無頭樹”

野生的百歲蘭(lan) 隻出現在安哥拉和納米比亞(ya) 沿岸的納米布沙漠(Namib Desert)地帶,它們(men) 是極長壽而且生長緩慢的植物。到底有幾百歲呢?研究者用碳14定年法測了兩(liang) 株相對較小的,發現它們(men) 大概是500~600歲,推測更大的植株可能有2000~3000歲。

1884年和2016年,分別在納米比亞(ya) 的同一地點和角度拍攝的兩(liang) 張照片。| Observatory Welwitschia Vlakte (A09)

讓人SAN值狂掉的事實是:百歲蘭(lan) 隻有終生不停生長的兩(liang) 片葉子,葉子基部有不斷分裂新細胞的分生組織,生長過程中被各種外力撕破,才裂開成野外這張牙舞爪的鬼樣子(想象一下過切麵機的麵條),而隨著最長可活十年的細胞凋亡,葉尖就會(hui) 枯萎,幹巴巴地掛在那裏。

中科院北京植物園裏的這株百歲蘭(lan) 看著就顯年輕(沒準比你歲數大……),誰小時候還不是個(ge) 雙馬尾了?| 紫鷸

過去大家認為(wei) 百歲蘭(lan) 的葉子是兩(liang) 片一直保持幼態的子葉,後來人工栽培和解剖研究才推翻了子葉假說,轉而認為(wei) 這是由於(yu) 頂端分生組織沒有機會(hui) 發育,而一直保持活躍的側(ce) 芽。好嘛,從(cong) 天山童姥變成了無頭學姐。

有人在1985到1998年間測量了百歲蘭(lan) 的生長情況,發現葉子平均每天生長0.37毫米,生長率主要隨空氣濕度、降水而變化。如果一次仲夏降雨量超過11毫米,生長率會(hui) 翻三倍。


艱難度日

百歲蘭(lan) 白天進行光合作用,看似是“作死”行為(wei) ,納米布沙漠每年的降水也就是2~200毫米,寬大的葉子在沙漠裏,一天就可以蒸騰一升水啊。百歲蘭(lan) 葉片的氣孔也許可以吸收霧氣凝結的水?但解剖學不支持這個(ge) 假說,而且葉子生長率與(yu) 距海岸的遠近關(guan) 係不大。可能隻是大西洋上的海霧在地麵凝結,然後被百歲蘭(lan) 的根吸收。

隨著研究深入,人們(men) 發現百歲蘭(lan) 能把夜晚吸入的二氧化碳儲(chu) 備成景天酸,這樣白天進行光反應就不用打開氣孔了。這種多肉植物常用的節水技能——景天酸代謝(CAM)——百歲蘭(lan) 也有,但似乎不常用,以致過去的觀察中都沒發現,這就挺讓人費解的。

納米比亞(ya) 荒漠中的百歲蘭(lan) | Ragnhild&Neil Crawford / Wikimedia Common

在地下,百歲蘭(lan) 那簡單的直根係與(yu) 四種菌根(植物根與(yu) 真菌共生結合)相連,並接入納米布沙漠兩(liang) 種禾本科草的菌根網絡。雖然沒有菌根也可以生活,它們(men) 顯然在有禾草和菌根的地方會(hui) 長得更好,在納米布沙漠的一些地區,百歲蘭(lan) 甚至成了多年生植物裏的優(you) 勢種。


鬆樹的親(qin) 戚?

百歲蘭(lan) 究竟是哪來的怪物?它來自一個(ge) 單型科單型屬,可以說是“舉(ju) 目無親(qin) ”,但它所在的買(mai) 麻藤目(Gnetales),還是開枝散葉到了世界上許多角落,比如具有藥用價(jia) 值的麻黃屬(Ephedra)。

西藏察隅縣古玉鄉(xiang) 路邊的藏麻黃(Ephedra saxatilis)和百歲蘭(lan) 一樣是買(mai) 麻藤目的植物。| 紫鷸

對比上麵兩(liang) 種植物的生殖器官,可以推測它們(men) 沾點親(qin) 。嗯,它們(men) 早在侏羅紀時是一家。買(mai) 麻藤目還有一支是買(mai) 麻藤,長得更像是“正常”的藤本、灌木和小喬(qiao) 木的樣子。果實包被著種子的被子植物占據了熱帶森林的絕大多數,但買(mai) 麻藤隻是高仿,貌似紅色果實的部分,是胚珠外麵的假花被發育成的假種皮,沒有嚴(yan) 格的子房結構。

不僅(jin) 外表相似,買(mai) 麻藤輸送水分的組織不同於(yu) 其它裸子植物的管胞,有類似被子植物的導管。雖然好像處處在模仿,可買(mai) 麻藤目出現的時間,比今天占優(you) 勢的被子植物早了一個(ge) 地質年代的“紀”啊。

灌狀買(mai) 麻藤(Gnetum gnemon)雌株 | gbohne / Wikimedia Commons

上世紀很長一段時間,人們(men) 認定買(mai) 麻藤目裏演化出了被子植物的祖先。然而隨著越來越多的基因被測序,大多數證據指向買(mai) 麻藤目其實是鬆科的姐妹群:也就是說柏樹和鬆樹的親(qin) 緣關(guan) 係,都沒有百歲蘭(lan) 和鬆樹近,而被子植物肯定不是買(mai) 麻藤目的什麽(me) 子孫或者姐妹。

百歲蘭(lan) 雌雄異株,裸子植物的雌性和雄性生殖器官分別叫大、小孢子葉球,不過這裏就直接叫球花吧。百歲蘭(lan) 的球果還真有點鬆科球果的樣子,尤其像冷杉,而且它的種子也有小翅膀,也是隨風傳(chuan) 播的,一株就可以散出幾萬(wan) 枚種子。然而,它的花粉卻是蟲媒的。

曼穀拉瑪九世皇家公園中的百歲蘭(lan) 雌株,難得在繁殖時見到它 | 紫鷸

納米比亞(ya) 的一月到三月,百歲蘭(lan) 會(hui) 迎來大概8周的花期。雌雄球花在炎熱時都會(hui) 散出樹脂香氣,並且按每日節律產(chan) 生作為(wei) 傳(chuan) 粉獎勵的液滴。至少8種蠅類是傳(chuan) 粉者,也許還有蜂類、螞蟻加入。雖然花粉也可以被風吹走,但百歲蘭(lan) 基本上還是靠昆蟲傳(chuan) 宗接代,或許它們(men) 的祖先從(cong) 三疊紀就開始和昆蟲協同進化了。


趕新潮的古神

在百歲蘭(lan) 的身旁,恐龍興(xing) 起又滅絕,而今路過的劍羚、犀牛和斑馬也會(hui) 不時來啃上一兩(liang) 口,咀嚼遠古的滋味,葉片裏有人類已知陸地植物中最緊湊的葉綠體(ti) 基因組。百歲蘭(lan) 光合作用效率很低,看似“老爺車”,但其實葉綠體(ti) 中的DNA序列在快速演化,並且在自然選擇的壓力下保持簡潔。

最近,仙湖植物園和武漢植物園的研究團隊以及國際合作方,發現百歲蘭(lan) 的細胞核基因組,通過DNA甲基化(在DNA分子上添加大量修飾,讓它保持完整卻無法工作,相當於(yu) 給基因貼上封條),在不改變遺傳(chuan) 信息的條件下,維持盡可能小的能耗和不斷活躍的分生組織,實現沙漠裏的超長待機(各種意義(yi) 上的)。

百歲蘭(lan) 的植物學繪圖,這些解剖結構不是太典型的裸子植物,但確實又不是真的被子植物 | Walter Hood Fitch / Curtis's Botanical Magazine (1863)

在如今的氣候下,被子植物把大部分裸子植物逼到了高寒和荒蕪之地。可古老的買(mai) 麻藤目,仿佛嚐試過各種可能的舊日支配者,仍參與(yu) 到新世界的紛爭(zheng) 中去,演化從(cong) 來就沒有什麽(me) 固定方向和高低之分。堅守在沙漠的百歲蘭(lan) ,波瀾不驚之下暗流湧動,它們(men) 既是曆史的見證,也是未來的另一種可能。



歡迎掃碼聯係科普老師!

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物!


聽說,打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者