自然界的奇妙設計：揭秘豬籠草（Nepenthes）獨特捕捉機制的演化之謎

 

圖片來源：維基百科（左，右）

在食蟲植物中，豬籠草算是很受歡迎的一類植物。在豬籠草科下就這麼一屬，主要分布在熱帶亞洲。它們的共同特徵是「捕蟲籠」：圓筒形下半部膨大的器官。

雖說豬籠草主要分布在熱帶亞洲，但從馬達加斯加一直到爪哇、新喀里多尼亞都可以找到它。這整個範圍有許多島嶼，但是都找得到豬籠草，是不是意味著這些區域的豬籠草是個別演化出來的呢？

最近發表在《科學》雜誌上的研究，探討了兩種不同的豬籠草卻有極為類似的捕蟲機制。這兩種豬籠草是小豬籠草（Nepenthes gracilis）與伯威爾豬籠草（Nepenthes pervillei）。

小豬籠草存在於馬來西亞、新加坡、印尼蘇門答臘及泰國，伯威爾豬籠草是塞席爾（靠近馬達加斯加），特別是馬埃島和西盧埃特島特有的熱帶食蟲植物。這兩種豬籠草都有三種不同特徵：1) 水平方向的蓋子；2) 可擺動的蓋子；3) 柱狀結晶（註）的存在，讓它們演化出了一種稱為“彈簧板捕捉”（springboard trapping）的機制，當昆蟲落在豬籠草的蓋子上時，蓋子的擺動會把昆蟲“彈”進豬籠草的瓶狀器官內。

研究團隊結合了野外實驗、顯微鏡觀察、化學分析以及雷射多普勒振動測量與比較系統發育分析，來探討這兩種豬籠草是不是個別演化出這麼相似的捕蟲機制的。

研究團隊擬合了九種特徵演化模型，這些模型範圍從特徵獨立演化到每個特徵與其他兩個特徵相關聯的模型。他們還考慮了一個混合情景的模型，即其中兩個特徵以相關方式演化，而第三個特徵則獨立演化。他們使用了Pagel的相關演化模型的實現，在corHMM模型環境中擴展原始模型，允許同時測試所有三個特徵之間的相關性。他們還獨立地使用BayesTraits V3對特徵組合進行了相關性測試。研究結果發現，獨立演化的模型始終最符合數據。雖然在某些情況下發現了兩個特徵之間相關演化的弱支持，但最佳擬合模型始終是獨立模型。這強烈支持三個特徵獨立演化的證據，支持彈簧板捕捉演化的自發性巧合假設。

也就是說，這兩種豬籠草很可能因為各種生活環境上的巧合，最後各自演化成了如今的樣貌。雖然筆者忍不住想到所謂的「分身」（doppelgänger），不過它們其實長得並不像，只是用極為類似的機制來捕蟲罷了。

參考文獻：

Guillaume Chomicki et al. ,Convergence in carnivorous pitcher plants reveals a mechanism for composite trait evolution. Science 383,108-113(2024).DOI:10.1126/science.ade0529 

註：所謂的柱狀結晶是指位於小豬籠草和伯威爾豬籠草瓶蓋下表面的角質層蠟“柱”（epicuticular wax "pillars"）​​。這些柱狀結晶與瓶內更滑腻的蠟片狀結構有明顯不同，其形態受到化學組成的影響。這些特殊的結構有助於植物捕捉昆蟲，是該植物複合捕捉機制的一部分。