【繽紛生態】植物停止果實發育以對抗害蟲的妙計

■歐洲小蘗 (Berberis vulgaris) 為了對抗害蟲,竟願意犧牲了自己的果實,這到底是怎麼一回事?

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研究人員從德國不同地區收集了約2000顆小蘗果實,逐一檢查果實上是否有被果實蠅產卵的孔洞,並且切開果實檢驗種子被幼蟲蛀蝕的情況。

編譯|黃佳欣

德國亥姆霍茲環境研究科學院 (Helmholtz Center for Environmental Research) 與哥廷根大學 (University of Göttingen) 的研究人員發現歐洲小蘗 (Berberis vulgaris) 為了防止被害蟲侵襲而會選擇中止其種子的發育,他們表示植物也能夠做出複雜的決策行為。

這是相關研究中第一個指出植物也擁有複雜行為的生態證據。他們認為這種植物具有結構性的記憶 (structural memory),能夠分辨內在跟外在的狀態,以及預測未來的風險。這項研究已發表於知名的美國自然人《American Naturalist 》期刊。

歐洲小蘗 (Berberis vulgaris) 是一種普遍分佈於歐洲的小灌木。而源自北美的冬青葡萄 (Mahonia aquifolium) 與歐洲小蘗親緣關係接近,已經入侵歐洲多年,現今的族群擴散於歐洲各個地區。當科學家們比較這兩個相近的物種被昆蟲寄生的情形,發現兩者具有明顯的差異性:有一種高度演化的果實蠅 (Rhagoletis meigenii),其幼蟲原本專門吃歐洲原生種小蘗的種子,現在牠們寄生於外來種冬青葡萄上的族群數量居然比原生種高達十倍之多。

這項發現讓科學家更加仔細地去檢驗歐洲小蘗的種子。研究人員從德國不同地區收集了約2000顆小蘗果實,逐一檢查果實上是否有被果實蠅產卵的孔洞,並且切開果實檢驗種子被幼蟲蛀蝕的情況。這種寄生性果實蠅會將產卵管刺穿漿果,將卵產在裏頭。歐洲小蘗的果實內通常會含有兩顆種子,而且小蘗有一項特殊能力是可以停止果實的發育來保存自身的能量。這個機制也被用來對抗果實蠅的侵襲。當一顆種子受到果實蠅的寄生,發育長大的幼蟲會把兩顆種子都吃掉。然而,假如植物捨棄被寄生的果實,裏頭的幼蟲將會死去,在漿果裡面的另一顆種子就可以存活下來。

目前於哥廷根大學工作的Katrin Meyer博士提到:「在檢驗這些種子之後,科學家們觀察到一個令人驚訝的發現,並不是所有被寄生的果實都一定會被植物中止發育,歐洲小蘗是根據果實裡面含有的種子數量來做出決定。」假如被寄生的果實裡面有兩顆種子,百分之七十五被寄生的果實會被植物中止發育,這是為了保護還沒被吃掉的另一顆種子。但是當被寄生的果實裡面只含有一顆種子,卻只有百分之五的比例會被植物中止。科學家們把這項實際的數據輸入電腦,透過建立數學模型試圖解釋植物的行為反應。

利用電腦模擬的計算,科學家便可以展示當植物在受到昆蟲寄生危害的壓力下,會做出跟沒有被寄生時不同的行為模式。德國亥姆霍茲環境研究科學院的研究員Hans-Hermann Thulke博士提到:「假如小蘗也中止發育只有一顆種子在裡面的果實,那表示這些被寄生的種子都不可能活下來。相反的,植物似乎先預期到寄生在裡面的幼蟲並非絕對可以孵化或存活下來,那麼保留這些被寄生的種子就還有一絲存活的機會。這種預測性的行為,將未來的損失與環境條件進行評估,讓我們非常驚訝。透過這個訊息確實看到植物具有智慧的行為表現。」

但是,歐洲小蘗是怎麼知道果實蠅已經把卵產在果實裡面呢?這仍然是未知的部分,而且植物如何掌控這些訊息?或者如何演化出這樣複雜的行為也都尚待更多的研究才能解開謎題。跟歐洲小蘗相近的冬青葡萄雖然已經在歐洲生長約200年,當面臨果實蠅的寄生問題,依然還沒有發展出任何可以抗衡的生存對策。這項新的研究讓我們對植物的能力有了多一些的認識,但同時也產生更多新的疑問了。

 

 

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原始論文:
Katrin M. Meyer, Leo L. Soldaat, Harald Auge, Hans-Hermann Thulke. Adaptive and Selective Seed Abortion Reveals Complex Conditional Decision Making in Plants. The American Naturalist, 2014; 183 (3): 376 DOI: 10.1086/675063

 

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研究出處:Complex plant behavior? In fight against parasites, Barberry sacrifices seeds depending on survival chance

譯者:黃佳欣 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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One thought on “【繽紛生態】植物停止果實發育以對抗害蟲的妙計

  • 2014 年 05 月 06 日 at 17:21:40
    Permalink

    第一段:為了防止被害蟲侵襲,歐洲小蘗應該是中止其種子的發育,而不是選擇捨棄自己的果實。
    第五段:也有同樣的錯誤。
    請參考,謝謝

    peregrine

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