黏住蟲只是惡趣味嗎?那可不一定

食蟲植物 (carnivorous plant) 指的是一群利用各種構造捕捉動物,並將之分解消化獲得養分的植物。這些植物多半生長於相當貧瘠的環境,因而利用捕蟲的方式來補充養分。其中比較為人所知的種類包括豬籠草 (Nepenthes)、捕蠅草 (Dionaea)、瓶子草 (Sarracenia)、狸藻 (Utricularia) 和毛氈苔 (Drosera) 等。其中,毛氈苔是利用超高黏性的腺毛 (gland hairs) 黏住不小心掉在上面的昆蟲,再慢慢將之消化掉。腺毛 (gland hairs) 是植物體表面常見的一種毛,這種毛具有分泌的功能,其分泌的物質除了可用以抵抗昆蟲的取食外,也可以藉由具有黏性的特徵,將果實傳播出去 (如皮孫木Pisonia umbellifera)。不過有的時候,這些毛好像起不到什麼明顯的作用,有些倒霉的小型昆蟲會被黏死在毛上,但這些植物不是傳統上認知的食蟲植物,例如石竹科 (Caryophyllaceae) 的蠅子草屬 (Silene) 植物就常幹出這種事。但這些蟲只是偶然的被黏住嗎?

西部假水仙的花梗上具有明顯的腺毛。credit:Marlin Harms

科學上的偶然

2021年,Lin等研究人員就對這樣的現象感到好奇而展開一系列的研究。他們的研究對象是產於北美洲的一種岩菖蒲科 (Tofieldiaceae) 植物西部假水仙 (Triantha occidentalis)。這種植物分布於北美洲的西岸,從阿拉斯加東南部、加拿大西部沿海地區、往南延伸到加州中部的廣大地區。這種植物特徵除了三枚明顯的花柱 (可能也是屬名的由來) 外,就是莖和花序軸上密佈的腺毛了。這些腺毛如同上述,經常會有倒霉的昆蟲被黏死在上面,本來這是有點普遍的現象,但這次為何會引起研究人員的好奇呢?原因在於這種植物的基因缺少了某些東西。2016年,Ross等人針對澤瀉目 (Alismatales) 的演化基因體研究發現一件事,就是西部假水仙的基因體中缺少了一系列與NADH脫氫酶相關的基因,本來這種現象也沒什麼特殊之處,畢竟不同植物裡多了或少了什麼基因都是滿普遍的事。但他們發現這種丟失的狀況相當特殊,只有在一些食蟲植物被報導過 (如狸藻科Lentibulariacae),這讓Ross等研究人員相信西部假水仙可能是一種食蟲植物。

一些初期的調查也顯示西部假水仙相當明顯的食蟲特性,例如在天然情況下,西部假水仙的葉片氮含量和生長於同一地區的食蟲植物圓葉茅膏菜 (Dr. rotundifolia) 相似,但明顯低於同區的非食蟲植物流浪飛蓬 (Erigeron peregrinus)。研究人員進一步使用以氮15標定的果蠅,置於圓葉茅膏菜的葉片、以及西部假水仙和流浪飛蓬的莖上,結果不出意外—兩週後前二者植物體內的氮15含量明顯提高,而流浪飛蓬則沒有差異。此外,由於食蟲植物腺毛分泌的消化酶中常有高度的磷酸酶活性,所以Lin等人也測試了這些植物的磷酸酶活性。圓葉茅膏菜和西部假水仙的腺毛在螢光顯微鏡下發出的光芒顯示具有高度活性的磷酸酶,也再度證實西部假水仙確實是一種未被發現的食蟲植物。

於是又產生了另一個有趣的問題,既然西部假水仙的花序會捕蟲,那麼是不是也會把授粉者黏死呢?作者表示這些腺毛只能黏到小型昆蟲,無法黏到較大型的蝴蝶或蜂類等授粉者,因此不會影響授粉的效率。這個有趣的研究也反映了一個科學研究上常見的現象:一個研究的過程中可能帶來意外的發現,而這個意外的發現引領我們看到另一片完全沒看過的風景,也可以說是研究的醍醐味之一吧!

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2022724118