食肉植物是如何进化来的？

　　19世纪末，关于食人植物的可怕传说在西方流行一时。有的讲述的是，不小心的旅行者在某个遥远的地方被张牙舞爪的树一把抓住并吞噬;另有的讲述的是，某个科学狂人用生牛排喂养他的植物，最后自己也被植物吃掉。

　　这些恐怖故事的流行，要归功于达尔文。直到达尔文的时代，大多数西方人都拒绝相信植物会吃动物。他们认为，这违背了自然规律：动物能吃植物，因为动物能四处移动;植物不能移动，所以只能被吃。达尔文花了16年时间观察，证明情况并非如此。他表明，一些植物的叶子已经进化出巧妙的结构，不仅能够诱捕昆虫和其他小动物，还能消化和吸收它们尸体释放出来的营养物质。

　　食肉基因并非来自动物

　　自达尔文的发现以来，植物学家、生态学家、昆虫学家和分子生物学家已经探索了食肉植物的方方面面。但最大的问题依然存在：这些植物是如何进化出吃肉的本领的?

　　在这方面，化石几乎没有提供任何线索。但新兴的DNA测序技术给了我们解决这一问题的一个途径：寻找与食肉性有关的基因，精确指出这些基因何时何地被启用，并追踪其起源。

　　当谈到食肉植物的起源时，最容易让人想到的是，这些植物身上与食肉习性有关的基因，会不会是从动物身上获得的?因为众所周知，基因有时会从一种生物“平行”转移到另一种生物。

　　不过DNA测序表明，植物的食肉基因跟动物一点关系都没有。相反，最近的一系列研究表明，这些基因十分古老，在开花植物中早已普遍存在，只是被食肉植物巧妙地改变了用途而已。这样做也完全符合进化的“经济”原则：将旧物改造后加以利用，总比为实现新用途重新发明一物更省事。

　　植物进化出食肉性的驱动力

　　据DNA分析表明，在开花植物存在的1.4亿多年里，肉食性至少独立进化过12次。这意味着，在今天已知的大约800种食肉植物中，食肉性并非同出一门，而是有着众多不同的起源。这种为实现相同的功能而来源不同的进化，在生物学上叫“趋同进化”。趋同进化最著名的例子是鸟类的翅膀和蝙蝠的翅膀。

　　趋同进化的驱动力是一样的。鸟类和蝙蝠进化出翅膀，都是为了飞翔。植物每一次进化出食肉性，其驱动力都是为了找到一个重要营养物质的替代来源。

　　这是因为食肉植物的祖先，要么生长在营养不良的沼泽地中，要么生长在贫瘠的热带土壤里，这些栖息地都缺乏植物生长所必需的氮和磷。与此同时，在那些地方，昆虫和小型无脊椎动物倒是挺丰富，它们富含氮(在蛋白质中)以及植物所需的其他元素。要知道，单靠一只大昆虫，一株捕蝇草就可以生活三周。所以，面临如此大的诱惑，植物就渐渐地打起了吃肉的主意。

　　食肉植物的异同点

　　在诱捕猎物方面，在已知的食肉植物中，它们的策略各有不同。有些是“守株待兔”型的，如猪笼草和很多茅膏菜属植物。它们有着瓶状的陷阱，阱沿滑溜或带有黏性的毛刺，干等着猎物自己一不小心滑下去或被黏住，慢慢饿死、累死。

　　其他的则更具有攻击性。例如，一些茅膏菜属植物一旦觉察到有猎物落到叶子上，叶片就迅速卷曲，将猎物一把抓住。最复杂的是捕蝇草，它有敏感的毛刺，能发信号让陷阱快速关闭，还能区分落下的是昆虫还是雨滴或落叶。

　　尽管这些陷阱在形状以及诱捕方式上存在巨大差异，但它们都是经过改造的叶片或叶片的一部分，而且所有食肉植物都主要通过叶子而不是根部来获得营养。这又是它们的共同点。

　　旧基因新用途

　　我们知道，叶子最普遍的功能是进行光合作用。那么，食肉植物是如何把全部或部分的叶子的功能转换成捕食和消化的呢?

　　尽管还有许多谜有待解开，但研究已经为我们揭示了，食肉植物在进化过程中，是通过重新利用已有的某些基因，赋予它们新的功能(如消化和吸收)，来适应其新的角色的;而且这些基因都涉及植物古老的防御系统。

　　早在1970年代，研究人员就认识到，他们在食肉植物瓶状陷阱中发现的消化液中含有许多酶，其功能与植物对付细菌、真菌和昆虫时使用的许多“化学武器”非常相似。随后他们证实，这些酶都是植物自己制造的。这些酶有几十种之多。今天，快速的DNA测序技术让科学家能够确定编码这些酶的基因，并在植物捕捉和处理猎物时监测其活动。

　　赋予旧物以新的功能，这一情况不限于消化。随着动物受害者的甲壳素、蛋白质和DNA被分解成更小的分子，陷阱还必须能够将其吸收。在普通植物中，吸收养分是根部的工作，在那里各种转运蛋白不断地将养分从土壤中运输到植物体内。而转运蛋白同样也存在于食肉植物的叶子里。

　　譬如，科学家在捕蝇草的叶子上发现了两种对植物来说最重要的营养物质——氮和钾——的转运蛋白。在食肉植物身上，为了使叶子能够吸收养分，进化似乎把本来只在根部才活跃的基因征用了，让它们在新的地方工作。所不同的是，普通植物中转运蛋白基因在根部始终是活跃的，而在食肉植物的叶子上，只有当营养物质开始从分解的猎物中流出时，它们才会被开启。