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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. ,Conve...

小豬籠草(Nepenthes gracilis)的死亡陷阱

  圖片來源: 維基百科 食蟲植物百百種,但筆者覺得最可愛的就是豬籠草(pitcher plant)了。變形的葉片形成一個個「籠子」,籠底有消化液,當好奇的小昆蟲走入籠中,不小心失足滑落,就會被消化液淹死後再被分解,成為植物的盤中飧。 但可別以為所有的豬籠草只是有不同大小的籠子而已。之前曾介紹過的萊佛士豬籠草( Nepenthes rafflesiana ,Raffles’ pitcher plant)在每天中午前後的幾個小時之間籠子內側會變得不滑。這時候,附近的螞蟻就會跑到籠子裡面去採食它的蜜汁(nectar);利用這樣的機制,它可以多抓36%的蟲兒。 本文要介紹的小豬籠草( Nepenthes gracilis )就更厲害了。這種極為常見的豬籠草,在雨滴打到它的蓋子時,它的蓋子會向著籠子裡面彈射。這個彈射的動作,會把停留在蓋子上面的蟲兒一一彈到籠子底部。 從上面的影片可以看到,水滴在蓋子上時,蓋子只會往裡彈,蟲兒就掉進去了。這顯然是有個類似彈簧的機制。這麼厲害的彈簧,到底是在哪裡呢?原本研究團隊以為是在蓋子的開關處,後來發現,其實是位於籠子上。 為什麼「彈簧」要長在籠子上而不是蓋子上呢?研究團隊認為,這樣蓋子的形狀不會受到影響,而且蓋子在彈射的時候,也不會亂晃。另外是,「彈簧」位於籠子上也讓蓋子被雨滴滴到時,只會彈一兩下就靜止了,如此一來就會持續有好奇的小蟲爬上蓋子。 由於熱帶雨林中常會降雨,位於雨林底部的豬籠草,主要是接受從樹冠上滴落下來的雨水;隨著雨水一滴滴地落下,好奇的小蟲便一隻隻地落入底部啦! 參考文獻: Anne-Kristin Lenz, Ulrike Bauer. Pitcher geometry facilitates extrinsically powered ‘springboard trapping' in carnivorous Nepenthes gracilis pitcher plants. Biology Letters, 2022; 18 (8) DOI: 10.1098/rsbl.2022.0106