财新传媒 财新传媒

阅读:0
听报道

在珠宝商看来,它们是温润的宝石;在化学家眼中,它们就是一团夹带杂物的古老树脂;而在生物学家看来,它们是一本珍贵的进化历史相册。

它们就是琥珀。

一说到进化历史,我们首先会想到的会是什么?是博物馆里巨大的恐龙骨架,还是通过比较解剖发现的退化器官,抑或用DNA字母编制的分子家谱?

或许有人觉得,历史只是科学家编的故事罢了,即使能从这些拼凑出古生物的模样,远古生物的起居作息你都能知道吗?恐龙是喜欢吃松树还是柏树叶?远古的蜘蛛是不是也会织网捕虫?……

幸好,琥珀为我们定格了很多进化历程上的精彩瞬间。

它们本是远古植物的树脂。在松树(特别是受伤的松树上)上你能很容易找见黏黏的零星颗粒,那就是树脂。很多地方介绍说琥珀是松脂凝固而成,这是不准确的,很多被子植物的树脂也可以形成琥珀。

经过亿万年时间的洗礼,树脂中能挥发的成分早已挥发殆尽,余下的便是我们看到的以琥珀酸为主要成分的琥珀,将被包裹的小生物在与树脂亲密接触那一刻的或幸福或愤怒的状态凝固其中。它们像一本忠实的进化档案簿,带我们窥视数亿年前地球生命的生活场景。

伸向小蘑菇的黑手

雨后的森林湿漉漉的,空气中弥漫着正在腐烂枝叶的味道,一根已经躺在地上很久的老松树身上有一朵朵白色的精灵正撑开一把把白色的小伞,趁着丰沛的水气,将儿女散播出去。那些精灵一朵朵可爱的蘑菇,一切显得静谧而优雅。如果不加时间定语,我们很容易将这一幕与我们身边的森林对号入座了。实际上,这样的场景从一亿年前的白垩纪到现在就没有什么明显的变化。

(图片说明:目前发现的最早的蘑菇的形象)

2007年从缅甸发现的一块琥珀中就有这样一朵美丽的小伞(上图)。研究人员对于如此古老的蘑菇并不惊讶,因为在此之前,通过分子生物学绘制出的图谱显示,蘑菇家族的历史远远超过了一亿年,这块琥珀中的不过是蘑菇祖先的一张标准照罢了。

真正有趣的,是表面的优雅之后暗藏的杀机——科学家在这块琥珀中同时发现了最早的寄生真菌。

说起来,“杀手”其实还是小蘑菇的在真菌家族的远亲——菌寄生真菌。它们算得上是真菌界的异类,大多数真菌都是从植物或者动物身上获取营养物质,而菌寄生真菌则紧紧地盯着真菌家族内的其他成员。它们会循着其他真菌的脚步慢慢靠近,然后试探地用菌丝上的化学物质(如凝集素)对寄主进行识别。一旦觉得“口味”合适,就开始将菌丝插入宿主体内或释放出一些具有“消化”作用的水解酶来抢夺寄主的营养。

长期以来,科学家一直想知道,菌寄生真菌究竟是个新进化出来的特别“杀手”家族,还是自始至终就伴随着其他真菌的古老幽灵。而在缅甸发现的上面这块琥珀至少告诉我们一个事实:这场“煮豆燃豆萁”式的故事在亿万年之前就开场。

从事此项研究的美国俄勒冈大学的George Poinar指出,我们可以循着这样的故事线索,去寻找那些我们目前尚未发现的可以对抗那些有害真菌的对手。

那是个圈套

不过,将黑手伸向自己人的真菌毕竟是少数,更多时候,为了获取额外的加餐,真菌会向其他动物设下捕猎的圈套。

2007年,德国生物学家Alexander R. Schmidt和他的研究团队在从法国西南部发现的一块琥珀中,读到了一段这样的故事。

(图片说明:琥珀中的捕食真菌,图A是捕食线虫用的菌环,图B中是一条被菌环勒住的猎物的残骸,图C和图D展示了真菌的菌丝和孢子。图E则是捕食真菌捕食线虫的场景复原图。图片来自Alexander R. Schmidt et al., 2007. Carnivorous Fungi fromCretaceous Amber, Science, vol 318, 1743)

在琥珀中,柔弱的真菌菌丝之旁,有一些圆环。这可不是供菌丝娱乐的呼啦圈,而是货真价实的捕猎工具。线虫(真的像一条线,不过它们的“腰围”通常只有10微米左右)从这些圆环经过时,会被牢牢地套住。接下来会有菌丝“钉”入线虫体内,吸收线虫体腔内的内含物,之后在酶和相关毒素的作用下,使线虫彻底解体,变成捕食真菌的美餐。

对于真菌来说,在土壤中获取含氮营养物不是容易的事,这可是植物和细菌都在争夺的战略资源。况且,真菌生长的位置,取决于运送孢子的风或水将它们抛掷在何处,所以,与其看别人的脸色,不如主动出击。

只是这个捕猎器官还略显简陋——现代捕食真菌的圈套是由3个细胞组成的,而琥珀中的这个真菌的标本只有1个细胞。很遗憾,我们已经无法对比这两种补充装置的效率,说不定一个细胞的圈套其实是高效的捕猎器也未可知。

说起来,琥珀中捕食真菌的圈套也具备了一些现代特征,比如上面的粘性物质结构与现代种类的相近,看来只要是钻进这个圈套线虫,几乎是无力回天了。

强迫劳工或曰互惠互利

当然,生命世界的关系不仅仅捕食和对抗,我们还是讲点温馨的,毕竟“合作”也是生物界中永恒的主题词。

生物界中最经典的这类搭档莫过于蜜蜂和花朵:蜜蜂为花朵传播了花粉,花朵为蜜蜂提供了蜜汁,而绝大多数被子植物则依靠蜜蜂等昆虫传粉来传宗接代的,这个合作关系看起来那么完美、融洽。

传粉动物的贪婪之心不是一点花蜜就能满足的,那些香喷喷的富含的蛋白质和碳水化合物的花粉也是它们的掠夺目标。像蜜蜂这样携带高效的“花粉收割机”的昆虫不仅要吃,还要将花粉尽可能多地搬运回巢。为此,蜜蜂在后腿上专门配置了一个承载花粉用的“花粉篮”,另外,为了让花粉保鲜以供长期使用,蜜蜂还在这些“篮子”中抹上抑制花粉萌发的物质。进入“花粉篮”,花粉就相当于被判了死刑。

面对这样严峻的状况,大多数兰科植物选择将花粉打包成块状,不给传粉者取食的机会。花粉块同粘盘、花粉块柄一起组成了兰科植物的雄性生殖结构,这个结构会整个粘在传粉者身上,通过它们传递到下一朵花的柱头,这样一来就避免了因被取食而产生的浪费。对蜜蜂来说,兰花的花粉不是可口的美食,而是沉重的包袱。

(图片说明:琥珀的中的一只蜜蜂,背上有成块的花粉,这是目前发现的最早的兰科植物的化石证据。)

美国哈佛大学的研究人员在多米尼加发现的一块琥珀中就有这样一只携带花粉的蜜蜂。蜜蜂的背上沾着一大团具有兰科植物特征的花粉,显然,这只贪嘴花蜜的蜜蜂没有办法把背上这团异物清除,如果它经不起诱惑去偷嘴,就只有为兰花传播花粉。(顺便说一下,发现时间同样在2007年。2007简直是琥珀大发现之年,这一年里,Alexander Schmidt——就是上面发现捕食真菌琥珀的那位科学家,还复制了在水中形成琥珀的过程,破解了有些水生动物如何进入琥珀的谜题。)

由于兰科植物通常生活在阴湿的环境中,且花朵含水量很高,所以很难保存下来,形成化石。直到目前,还没有在沉积岩中发现一块有兰科植物花朵的化石。这块琥珀的发现,将蜜蜂和兰花的对抗历史向前延伸了数千万年。为此,研究人员还打趣说,也许恐龙曾经在兰花丛中漫步呢。

说好了讲温馨,不小心又扯回了阴谋计策。不过,自然界的不同生物之间本就如此:没有永恒的朋友,只有永恒的利益。站好我们的位置,享受与其他物种打交道的过程,又有什么不好呢。

(文字编辑:杨杨)

[凝]琥珀中的进化记忆 - 科学松鼠会 - 科学松鼠会

[凝]琥珀中的进化记忆 - 科学松鼠会 - 科学松鼠会

  评论这张
转发至微博
话题:



0

推荐

科学松鼠会

科学松鼠会

4011篇文章 5年前更新

什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。 这里是科学松鼠会的网站的一个镜像,大家的留言我们可能没办法一一回复,如果您有什么问题,欢迎到科学松鼠会的主站提问:http://songshuhui.net/

文章