大根槽舌兰刷新生殖方式(多图)(2)

雄蕊向下做圆周运动，目标是钻进柱头空腔，完成授精。制图/裴旋

　　数十种野生兰花中的发现

　　大根槽舌兰，一种不为人熟悉的兰花。花淡粉红色。长于海拔1200米到2000米的地方。

　　从90年代中期开始，还在美国斯坦福大学任教的黄来强开始每年回国数次，与当时已是兰花研究界权威的刘仲建教授合作。他们从云南等地将野生兰花移植到深圳梧桐山研究基地的温室内观察。

　　在黄来强教授等人观察的数十种野生兰花中，大根槽舌兰吸引了他们的注意。这种兰花有着独特的雌蕊雄蕊构造。这点使研究人员对其传粉行为非常好奇。

　　“我们知道的植物传粉方式只有有限几种，比如异花传粉需要依赖风力、鸟类、昆虫等媒介的其中一种或数种，而自花传粉也有不同的形式，大多数也都是依靠外力，比如风力、重力或者是分泌物。我们这次发现的是大根槽舌兰雄蕊完全主动的传粉，甚至有一部分反重力的行为，大概类似于动物之间的交配。这是人类在植物里第一次发现这样的现象。”黄来强教授这样概括他们的发现中最惊人的部分。

　　逼近一个延续种族的秘密

　　经过长期观测，研究人员当初推测其几种传粉模式都被一一推翻：首先排除的是重力因素，由于蕊喙(位于花药和柱头之间的舌状组织，由柱头组织的一部分变态而来)的阻挡，除极特别的情形外，花粉从花粉囊脱落后理论上基本是不可能接触到柱头的，如果大根槽舌兰的繁衍完全依赖于特殊情形，从进化论角度来看，很有可能早已灭绝。

　　那么单纯依靠风力可以吗？雌蕊柱头位于雄蕊的下后方，中间更有蕊喙相隔，要依靠风力从上往下吹然后再往侧后方吹，可能性非常小。况且其原产地基本上是一个无风的环境。种种迹象表明，大根槽舌兰依靠风力自花传粉的可能性不大，随后的套袋实验也证明了这一点：在完全没有风的环境下，大根槽舌兰也能完成自花传粉并进行有性繁殖。

　　那么有没有可能是昆虫呢？昆虫———不单是蜜蜂或蝴蝶———是植物传粉最重要、最普遍的媒介，但奇怪的是研究人员经过连续三个开花季节(大根槽舌兰的花季二月到四月)对1911朵样本的艰苦的野外观察，并未发现有任何昆虫在大根槽舌兰上停留，而套袋实验的结果也是一样：在不借助昆虫传粉的情况下，大根槽舌兰依然能完成自花传粉并进行有性繁殖。

　　随着最初的假设一一被否定，研究人员发现，自己越来越逼近一个令人兴奋的事实：大根槽舌兰也许一直以一种未被人类认识到的方式，秘密地延续着种族的生命。

　　挑战重力的“扁担”

　　到了2002年，研究人员已能比较有把握地确定，大根槽舌兰采取雄蕊自发将花粉送入雌蕊柱头空腔中进行自花传粉，因此从2002年以后到2006年论文发表，研究团队的工作重心便转移到这个课题上。在采访过程中，黄教授一再强调，科学发现并不是“像看流星一样，看到了就是看到了”，需要经过严密的检验和推进，是一个渐进的过程。在此过程中，大根槽舌兰难以置信的精密的传粉行为逐渐浮现出清晰的面目：

　　据黄教授介绍，当大根槽舌兰的花完全开放，原本覆盖在花粉囊上的帽状部分向上打开并脱落，露出其下的两条雄蕊。这时雄蕊、蕊喙，柱头空腔三者所处的相对位置，打个形象的比喻，就好像一根扁担(雄蕊)躺在床上，扁担的一端始终粘连在非常厚的床板(蕊喙)上，床板底下有一个很浅的小洞(柱头空腔)，扁担的最终目的就是要将活动的一头伸入小洞内，完成受精。

　　一套坚韧而炫目的授粉策略

　　当雄蕊以及其上的花粉团暴露在空气中后，其中一条便向下弯曲(见图a，右方珠状物即为雄蕊及花粉团)再向前伸出，越过蕊喙(见图b)。

　　继续我们此前的比喻，就是这根扁担的一头升起，先是站在床上，继而向床沿外探出身子。随后雄蕊向下弯曲，再向后折回，花粉团处于蕊喙的下方，此时这根“扁担”已经绕行了270度。

　　当雄蕊最终再次向上弯曲，将花粉团送入蕊喙底部的柱头空腔时(见图c)，“扁担”已经绕行了整整360度。然后柱头空腔的小孔将闭合，雄蕊将一直保持这样的“环形”(见图d)，直至受精卵形成，子房膨大。整个过程大约持续十五分钟到三十分钟，据统计，几乎所有完成整个授粉过程的花最终都能结果。

　　以上的自花传粉行为最难以置信的一点是，雄蕊竟以完全主动，不借助重力、风力的方式(甚至在两次向上弯曲的过程中还逆重力做功)完成整个授粉行为，堪与动物之间的交配相比。在植物界中，只有大约1/3的种类通过自花传粉繁殖，由于一般认为自花传粉不利于物种的多样性，从而增加灭绝的可能，因此自花传粉通常被视为较异花传粉低等的繁衍方式。而恰恰是这样“低等”的繁殖方式，却演化出一套如此炫目的授粉策略。

　　本版采写：实习生张力

　　-链接

　　为什么是兰花

　　兰科植物是除禾本科、菊科以外，种类数量最多的植物。同时，兰科植物也是植物世界中进化程度最高的家族之一，其传粉方式对进化生物学和遗传生物学有重要的意义。

　　达尔文在提出他的进化论时，兰花就是他偏爱的例子之一，他甚至专门写了一本书阐明兰花通过自然选择而逐步进化的原理，书名即为《兰花由昆虫授粉的各种不同办法》。而当孟德尔研究生物遗传规律时，他也是通过观察豌豆花的自花传粉和异花传粉的区别最终得出结论。

　　-前世

　　大根槽舌兰并非自始就“自恋”

　　种种实验结果表明，大根槽舌兰的传粉方式是一种奇特的自花传粉。那么这种传粉方式是与生俱来的吗？

　　黄来强等研究人员在研究中发现，大根槽舌兰意外地保留了异花传粉植物的一些特征。大根槽舌兰的蕊喙，其功能即为分隔雌雄蕊，防止自花传粉。

　　而大根槽舌兰残存的距，虽然已经退化得非常浅而且开口斜向下，既不分泌也不可能贮存花香与花蜜，却足可表明其祖先曾经通过吸引昆虫而实现异花传粉。距是贮存花蜜的所在，而距的长度和大小，正好限制了吸食昆虫的形态，必须要有配合距的口器才能吸到花蜜。

　　大根槽舌兰表现出来的征兆，使研究人员有理由相信，如今采用全新自花传粉模式的大根槽舌兰之前经历过异花传粉的模式。

　　至于为何会演化出新的传粉模式，黄来强解释道，这可能是因为某个阶段，为这种兰花传粉的昆虫逐渐灭绝。在干旱无风，无昆虫的环境下，种族繁衍的急迫性压倒了近亲繁殖的弊端，在没有更好选择的情况下，逐渐进化出目前我们见到的这一套令人叹为观止的授粉模式。