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为了吃肉忍痛舍弃大量基因 肉食植物都有基因缺陷

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作者 | 过客

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

一项最新研究发现,大约7000万年前,在那个恐龙还在地球上游荡的时期,一种基因变异让一些植物变成了食肉物种。研究人员说,从非肉食性物种向肉食性物种转变的过程耗费了数千万年时间。

这种转变是通过一种隐秘的方式实现的,它们重新利用原本属于自己根和叶的基因,用它们来捕捉猎物,而基因变化只是这个转变过程的变化之一。

这种食肉习性的转变也给这些植物带来了许多好处。研究人员在上月在线出版的《当代生物学》杂志上写道:“事实上,食肉植物通过捕捉和食用富含营养的动物猎物扭转了不利的环境因素,让它们能够在缺乏营养的土壤中茁壮成长。”


茅膏菜科的三个成员

为了研究食肉植物是如何进化的,德国维尔茨堡大学副教授约尔格·舒尔茨带领一个由植物学家和生物学家组成的国际团队,对三种现代食肉植物的基因组和解剖结构进行了对比。

地球上的食肉植物有数百种,但是该研究团队只选择了茅膏菜科的三种食肉植物,它们都是以昆虫为食。研究人员说,这三种植物都是利用自身的动作来捕捉猎物的。

其中一种植物是大家非常熟悉的捕蝇草,原生于卡罗来纳湿地的捕蝇草不仅变身为《口袋妖怪》中的角色,还出现在各种漫画中,甚至还给一部百老汇戏剧带来灵感。

另外一种是与捕蝇草密切相关的水生植物貉藻,它们几乎占据了所有大陆的水域。它细长的水下叶片可以迅速将毫无防备的海洋动物包围起来。

第三种肉食植物在澳大利亚很常见,它就是美丽却致命的勺叶茅膏菜。它会使用甜味引诱猎物,然后用一条粘粘的长叶缠绕在猎物周围。

研究团队发现它们向食肉性转变经历了三个步骤

首先,大约7000万年前,这三种植物的早期非肉食性祖先进行了全基因组复制。多余的基因副本能够参与到其它功能中,比如说,其中一些叶子基因使其获得了“诱捕猎物”的能力。还有一些基因参与到肉食的营养吸收过程,不再帮助根系从土壤中寻找营养。

当植物开始从猎物那里获得新的营养时,它们就开始了向食肉植物进化的第二步。此时叶子和根就不再是植物必需的了,水生貉藻的幼苗在发育初期会形成一个根系,但它不会随着貉藻的成熟而发育。这也是根系曾经存在的唯一证据。许多与肉食性营养无关的基因开始消失,研究人员称,这三种植物是他们迄今为止基因测序研究中基因序列最贫乏的植物。

其它研究也有类似发现

2013年,另外两项早期研究也在其它食肉植物中发现了类似的基因缺陷。研究人员发现,一种几乎在所有大陆都能发现的水生狸藻和巴西本土的一种螺旋狸藻的基因组与非食肉植物相比都非常少。这项新研究的研究人员说,这些食肉植物可能也经历了同样的基因消失过程。

在向食肉植物转化的第三步中,这些植物针对其环境的进化了变化。研究人员发现,根和叶的进化是专门针对“诱捕陷阱”的。曾经用来从土壤中寻找和吸收养分的根基因,现在被用来产生消化和吸收猎物营养所需的酶。曾经在腺体中用于分泌花蜜来吸引传粉昆虫的基因则转移到了“陷阱”中,来产生吸引猎物的物质。

大多数有叶和根的植物都含有向食肉植物转变所必需的物质。研究人员写道,这项新研究揭示的三个步骤清晰的表明了,随着时间的推移古老的非食肉植物如何进化成为地球上最熟练的“绿色猎人”。

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