揭秘食蟲植物致命陷阱:捕蠅草0.1秒瞬間閉合

2010-03-27 17:10 作者:卡爾 ． 齊默 CARL ZIMMER

　　食蟲植物設下迷局，然後展開殺戮。捕蠅草的細小絨毛被碰觸兩次，便「啪」地一聲突然關閉。

豬籠草的氣味在蟲子聞來甘甜無比，但它滑溜的表面卻讓獵物跌入虎口。

全世界有675種以上的食蟲植物，其中許多都採用守株待兔的捕食方式。圓麵包大小的捕蟲堇長滿膠黏的絨毛，困住昆蟲的腳步，直到消化液開始工作。

口渴的蟲子被匍匐毛氈苔上的水滴吸引，之後便發現自己糾纏在黏性的腺毛叢中。

撰文： 卡爾 · 齊默 CARL ZIMMER

攝影： 海倫妮 · 施米茨 HELENE SCHMITZ

翻譯： 陳昊

美國北卡羅來納州，一隻飢腸轆轆的蒼蠅在松林中橫衝直撞，它被地面上鮮紅色花朵形狀的物體散發出的花蜜般香氣所吸引，降落在其紅潤豐滿的葉面上。蒼蠅小酌一口葉子分泌出的甘甜汁液，把腿在葉面一根細小的絨毛上蹭了蹭，然後在另一根絨毛上又蹭了一下。突然間，蒼蠅的世界被圍牆包裹，葉子的兩邊向中間合攏，邊緣上的棘刺像捕獸夾的利齒一樣咬合起來。蒼蠅掙扎欲逃的當兒，獸夾已緊閉門戶。此時，葉面停止供應蜜液，開始釋放消化酶，侵蝕蒼蠅的內臟，把其逐漸變成黏稠狀物體。這蒼蠅經歷了身為動物最傷自尊的事：被一棵植物取了小命。

以北卡羅來納州威爾明頓為中心，周圍半徑140公里的範圍內有一片分布著松樹的濕地草原。地球上的捕蠅草原產地僅此一處。這裡還生長著若干種其他食蟲植物，不似捕蠅草那般有名，分布也較普遍，但詭譎程度卻毫不遜色。有長著細長香檳酒杯般葉子的豬籠草，昆蟲(有時還有體型更大的動物)失足跌入葉中便命喪黃泉；茅膏菜用黏乎乎的腺毛把蟲子擁入懷中；水塘和溪流中還生長著狸藻，啜食獵物好似水下吸塵器。

饕餮動物為生的植物讓人發毛又無限著迷，可能是因其悖理而為的行事方式吧。發明我們如今使用的生物分類方法的18世紀瑞典博物學家卡爾林奈對此持反對意見。他宣稱，植物只是不小心才捉到了昆蟲，倒霉的小蟲一旦停止掙扎，植物自然會敞開葉片，還其自由。

使用21世紀高科技手段的生物學家開始瞭解這些植物狩獵、進食和消化的方式，以及這些奇異的適應行為最初是如何發生的。經過多年研究，亞拉巴馬州奧克伍德大學的植物生理學家亞歷山大· 沃爾科夫認為自己破解了捕蠅草的秘密：「這是株電動植物。」

昆蟲蹭上捕蠅草葉子的一根絨毛時，這動作就產生一枚電荷，電荷在葉面組織內聚集，但還不足以激發其閉合，如此一來就可避免捕蠅草對雨滴之類的假警報發生反應。而運動中的昆蟲則很有可能再次觸動另一根絨毛，從而增加電荷量，導致葉面關閉。

沃爾科夫的實驗揭示出，電荷沿葉面內部充滿流體的導管向下傳導，使細胞膜上的小孔張開，液體從葉內面的細胞流至葉外面，導致葉面瞬間如隱形眼鏡般由凹面翻成凸面。葉面翻轉的同時就閉合起來，把昆蟲困在其中。

狸藻設置水下陷阱的方式同樣手段高明。它把水從小巧的氣囊內排出，降低內部氣壓。水蚤或其他小蟲游過時，碰彎氣囊上的觸毛，開啟瓣膜，低壓作用把水吸進，獵物也順流而入。0.05秒的時間內，門戶重新閉合。之後氣囊內的細胞再次開始向外排水，形成新的真空環境。許多種食蟲植物都像捕蠅紙一樣用黏乎乎的腺毛粘住獵物，而豬籠草則採用另一種戰術，長出長長的瓶狀葉片，等待蟲兒跌入。最大的瓶子深度可達一尺，能消滅一整只青蛙，甚至是不走運栽進來的老鼠。精密的化學作用把瓶囊變作死亡陷阱。生長於婆羅洲叢林的萊佛士豬籠草產生的甘蜜在引誘昆蟲的同時還形成光滑的表面，讓蟲子站不住腳。降落在瓶口邊緣的昆蟲腳底打滑，滾跌進去。裡面的消化液特質完全不同，不似瓶口的液體那般滑膩，而是膠黏的。蒼蠅若想抬腿逃跑，黏液就會如橡皮筋一樣緊抓不放。

許多食蟲植物具有特殊的腺體，可分泌強效消化酶，穿透昆蟲甲殼，吸取獵物體內的養分。而在北美大部分沼澤和貧瘠沙地都有分布的紫瓶子草卻徵用其他生物幫它消化食物。這種植物體內分布著一張由蚊子幼蟲、小飛蟲、原生物和細菌組成的食物網，其中許多物種唯有在這種環境中才能生存。動物把落入瓶內的獵物撕碎，小一些的生物以碎屑為食，最後，瓶子草再從這場盛宴的排泄物中吸取養分。「這些動物形成一條加工鏈，加速了整個反應過程。」佛蒙特大學的尼古拉斯· 戈泰利說，「之後植物再把氧氣排入瓶內，給養裡面的昆蟲。這是個緊密的循環系統。」

馬薩諸塞州中部哈佛林區的沼澤地中，豬籠草成片地聚生在一起，每一片中都達數千株。晚春時節裡的一天，阿龍· 埃利森領我前往此地觀光，我一路走走停停，不時把腿從爛泥中拔出，埃利森總是耐心等待。「沒淹沒到胯下就不算真正體驗過行走沼澤的滋味。」這位林區的資深生態學家說道。

沼澤地上到處翻飛著橘黃色小旗，每面旗幟標記著一株供科學研究用的豬籠草。遠處一名學生正在給插了小旗的植物餵食蒼蠅。研究人員用摻了特殊的碳和氮元素的食物餵養這些昆蟲，這樣日後便可採集豬籠草測量其從蒼蠅身上吸收的各種元素的數量。由於豬籠草生長緩慢(能存活幾十年)，所以實驗要花費多年才能出結果。

埃利森和戈泰利致力於弄清是何原因促使這些植物對肉類產生胃口。食蟲植物以動物為餐顯然獲益不淺，科學家給豬籠草多餵食小蟲，它就長得更大。但是吃肉帶來的裨益可能跟你預期的不同。像人類這樣的食肉動物利用蛋白質裡的碳和肉裡的脂肪促進肌肉生長、貯存能量，而食蟲植物則從獵物中汲取氮、磷等重要元素用來生成捕光的酶。換句話說，吃肉幫助食蟲植物完成與所有植物一樣的使命——從陽光中直接獲取生長的能量。

但是可惜，它們把這活兒幹得不怎麼樣。食蟲植物在把陽光轉化為組織的過程中效率極低，這是因為它們要利用大量能量生成捕捉獵物的裝備——酶、泵結構、黏性觸手等等。豬籠草或者捕蠅草無法進行大量光合作用，是因為它們與其他植物不同，沒有平坦的葉面充當太陽能板，來大量吸收陽光。埃利森和戈泰利猜測，只有在特殊環境下，食肉的益處才會高於為其付出的代價。比如，在貧瘠的沼澤地區，土壤中氮和磷含量極低，食蟲植物便比那些採取常規手段獲取這些養分的植物更佔優勢。同時，沼澤地區陽光如瀑，即便是效率極低的食蟲植物所進行的光合作用也足以生存。「它們處境困窘，卻物盡其用。」埃利森說。

不幸的是，使食蟲植物得以在邊緣環境中繁榮生息的適應能力，卻同時也使它們對環境變化極其敏感。北美地區農業廢水和發電污染使許多沼澤地氮含量超標。食蟲植物構造精巧，只能適應低水平的氮含量，多餘的養料使其生態系統不堪重負。「它們最終把自己的生命消耗殆盡。」埃利森說道。

人類同時還以其他方式威脅食蟲植物的生存。如今販賣奇異食蟲植物的黑市極為猖獗，以至生物學家對有些珍稀種類的生長地進行保密。北卡羅來納州成千上萬株捕蠅草被非法採集，在路邊攤出售。北卡羅來納州農業部給捕蠅草塗上無毒染料，這種染料平時看不見，但在紫外光照射下會發亮，這樣一來，發現待售捕蠅草的檢查員就可以迅速判斷出這些植物是花房繁殖還是野外盜取。然而即便可以終止對食蟲植物的偷採行為(可能性極小)，它們還是會繼續遭受其他的衝擊。它們的棲息地不斷被購物中心和住宅佔領，逐漸消失，同時野火也受到控制，其他植物得以快速生長，勢頭壓過捕蠅草。