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这些蕨类植物可能是已知的第一种像蚂蚁一样分担工作的植物

消息 焦点资讯 2021-09-03 阅读 1580

在森林树冠的高处,一团奇怪的蕨类植物紧紧抓住一根树干,看起来就像一团巨大的松软、翠绿的鹿角。在这些叉状叶子下方,靠近郁郁葱葱的结的核心是棕色的圆盘状植物。这些也是同一物种的蕨类植物。

研究人员于 5 月 14 日在线发表在《生态学》杂志上的报告称,蕨类植物——可能还有类似的植物——可能形成一种复杂的、相互依赖的社会,以前被认为仅限于蚂蚁和白蚁等动物。 

新西兰惠灵顿维多利亚大学的生物学家凯文·伯恩斯 (Kevin Burns) 在澳大利亚和新西兰之间的一个孤岛豪勋爵岛 (Lord Howe Island) 进行实地考察时,首次熟悉了蕨类植物。他碰巧注意到了当地的附生植物——生长在其他植物上的植物——有一个物种特别引起了他的注意:鹿角蕨(Platycerium bifurcatum),也原产于澳大利亚大陆和印度尼西亚的部分地区。

“我意识到,上帝,你知道,它们从来不会单独出现,”伯恩斯说,并指出一些较大的蕨类植物群是由数百个个体组成的巨大丛生。 

伯恩斯很快就清楚,“每个人都在做不同的事情。”

他将蕨类植物群落比作由植物制成的倒置伞。带有长长的、绿色的、蜡状的“带状”叶状体的蕨类植物似乎将水偏转到聚集体的中心,在那里圆盘状、棕色、海绵状的“巢状”叶状体可以吸收水。

一群普通的鹿角蕨 ( Platycerium bifurcatum ) 生长在一棵海岛雪松 ( Guioa coriacea )的森林树冠中,它的棕色吸水巢叶位于群的底部和核心,绿色的带状叶向外突出。伊恩·赫顿

灌木状的装置让伯恩斯想起了一个白蚁丘,那里有一个公共资源储存库,并且在群体中将不同的工作分开。科学家将这些类型的合作团体称为“全社会性的”,在这些团体中,重叠的世代生活在一起并形成种姓以划分劳动和生殖角色。该术语已被用来描述某些昆虫和甲壳类动物,以及作为唯一哺乳动物例子的两种鼹鼠( SN: 10/18/04 )。伯恩斯想知道蕨类植物是否也可以是社会性的。

他的团队对叶子生育力的分析表明,40% 的人无法繁殖,而且不育的群体成员主要是巢状叶子。这表明巢状和带状叶类型之间存在生殖分工。对叶状体吸收能力的测试证实,巢状叶状体比带状叶状体吸收更多的水。其他科学家之前的研究发现,整个菌落都有根系网络,这意味着巢状叶状体有能力缓解叶状体的口渴。叶子分工,很像蚂蚁和白蚁。

该团队还分析了豪勋爵岛上 10 个殖民地的基因样本,发现其中 8 个由基因相同的个体组成,而两个包含不同基因起源的蕨类植物。在真社会性昆虫的群体中也发现了高度的遗传相关性,在这些群体中,许多姐妹为巢的生存做出了贡献。

综合起来,伯恩斯认为这些特征符合社会性的许多标准。他说,这将是一件“大事”。

对真社会殖民生活的假设要求是行为协调,因为它允许不同的人一起工作。但是蕨类植物是植物,而不是动物,它们经常协调它们的行为。看到植物中的真社会生活“似乎向我表明,这种复杂性进化的转变不需要大脑,”伯恩斯说。

华盛顿普吉特海湾大学的生态学家米歇尔·斯派塞 (Michelle Spicer) 没有参与这项研究,他说,这项研究开辟了“用真社会性的视角观察 [附生植物] 的机会”,这“非常酷”。

斯派塞指出,水和养分交换在其他附生植物中是已知的。尽管如此,伯恩斯指出,建立公共资源的分工“似乎是使鹿角(蕨类植物)与其他殖民地植物区分开来的一个关键特征。” 

伯恩斯说,远离土壤的树冠中的压力生活可能通过提供水和营养安全促进了蕨类植物的社会性进化。

“附生植物的生活方式当然有利于群体生活,群体生活是所有社会故事的起点,”加州大学伯克利分校的进化生物学家布赖恩·怀特说,他也没有参与这项研究。

怀特说,这些蕨类植物肯定符合真社会性的定义。他特别着迷于这些植物如何在野外形成种姓和群落,但在土壤中作为观赏植物生长时仍保持为单独的带状叶。他说,这种变异性与许多真社会物种不同。 

伯恩斯和他的同事目前正在研究带状叶在移植到殖民地的另一部分后是否可以成为巢状叶。伯恩斯还想研究马达加斯加的另一种鹿角蕨类植物,这种蕨类植物似乎也在群落中生长。 

怀特认为将真社会性的观点扩大到包括植物的主要好处。 

他说:“能够注意到一些事情并说'等等,这与生活世界中一些最酷、最先进的社会相媲美,真是太好了。” 他指出,无论蕨类植物在真社会性谱上的位置如何,它们与种姓形成动物仍然有有趣的相似之处和不同之处。“更多地了解[这些蕨类植物]将改进我们关于为什么这些特征在生命多样性中进化的理论。”

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