1. TaTa儿童手工首页
  2. 小实验

有趣的自然生物小实验 观察蚂蚁与植物的奇缘

作者:罗伯特·杜恩编译:朱钤原载:《大自然探索》2006年04期

早晨,美国田纳西州的森林地带,我轻轻地挪开地上的一块石头,在下面发现了一窝拥挤的蚂蚁。我久久地凝视着这些身材细瘦的蚂蚁,看着它们在清冷的早晨缓慢地移动着,直到消失于洞穴之中。蚁穴深处,是身材肥硕、深居简出的蚁后,在它周围环绕着许多细小的银白色的蚁卵、丰满的幼虫,以及如同干尸一样蜷缩在半透明壳中的蛹。在蚁穴的边缘,被一小堆蚁巢垃圾——蚂蚁的断头、蟋蟀的断腿以及一些细小得难以分辨的尸块所环绕的,是两粒植物的种子。

我很好奇,这两颗植物种子是如何进入蚂蚁深深的穴道中的呢?

有趣的自然生物小实验 观察蚂蚁与植物的奇缘

地下“园艺师”

种子是如何进入蚁穴的呢?其实,只要掀翻另一块石头或用棍子戳穿旁边的一块原木——它们都是观察在土壤中生活的生物的隐秘生活的窗口——你就会找到问题的答案。多年来,我就是这样在不断地掀开石头、戳穿原木中发现了数千个蚁穴,而且更重要的是,我在许多蚁穴中都发现了植物的种子。这些种子属于数十个植物品种,包括篷子类植物、毛莨科植物、百合科万寿竹、青色与金黄色观赏洋葱、银叶、紫罗兰、地杨梅等。如果在北美的东部,还会有超过半数的邻近森林的树种及草场花卉的种子出现在蚁穴之中。

[1][2][3][4][5]

很多时候,等我再次去翻看那些石头时,那些此前孤处蚁穴一隅的种子大多都发了芽,从蚂蚁垃圾堆中蚂蚁的脑袋与蟋蟀的断腿间冒了出来。我想,假如能对整个森林做一个完整的扫描,在绿色的大地上我们一定会看到,许许多多的小树苗顶破成百上千个蚁穴冒出地面。

有趣的自然生物小实验 观察蚂蚁与植物的奇缘

显然,蚂蚁们是热爱“园艺”的。但是,是什幺缘故驱使它们这样做呢?它们从中又能得到什幺回报呢?蚂蚁对所带回家的种子是否有选择性呢?对植物种子而言,混杂在蚂蚁的垃圾中又会有什幺不同呢?到目前为止,我们已经追踪了上百万颗植物种子的命运,仍未找到完整的答案。但不可否认的是,在世界各地,有许许多多植物都希望吸引蚂蚁,并竭力鼓励这些六条腿的助手搬运自己的种子。

生物学家把植物的这种利用种子吸引蚂蚁的行为,称为动植物间的“协同进化”。

把种子带回家

要了解蚂蚁在忙乎些什幺,只需找到一小片结着成熟果实的延龄草丛或紫罗兰花丛,然后趴到地上注意观察就行了。你会发现,只要有种子落到地面,蚂蚁就接踵而至。

蚂蚁搬运种子的方式非常有意思。有些种类的蚂蚁是靠集体搬运种子:大约十来只蚂蚁共同将一粒种子用力拖往正确的方向——即回巢的路上,如果只有一只蚂蚁单干的话,它往往会弄错方向。另一些种类的蚂蚁则喜欢单干,它们将种子置于它们的两上颚之间拖回蚁穴。

迄今,生物学家已花费了成千上万小时追踪蚁穴中种子的命运。还在一百年前,瑞典自然学家罗杰·舍南德尔就曾观察到,有一窝蚂蚁在一天内将分属6种不同植物的366颗种子拖回了巢中。那幺,假设蚂蚁在一年之中有80天是以这种积极态度参与搬运种子的话,那仅一窝蚂蚁一年所运输的植物种子总数就将达29000颗。

有趣的自然生物小实验 观察蚂蚁与植物的奇缘

欧洲森林蚂蚁以尾虫、蚜虫、宜汁和其他美味为食。匍匐于紫堇属植物上的这只蚂蚊的颚部正衔着一粒种子,白色部分就是蚂蚊钟爱的油脂体。

蚂蚁为什幺要搬运种子呢?其实它们是被引诱来进行“园艺”劳作的。原来,延龄草及其他数千种植物经过进化,细小的种子表面能结出含脂肪的一种附属物,学名叫“油脂体”。1901年,舍南德尔在实验中将油脂体从种子上切掉,结果发现蚂蚁们就不再对收集植物种子感兴趣了。显然,植物是利用种子中的油脂体来笼络蚂蚁的,它们用上颚咬住种子将其带回巢中,然后把其中的油脂体喂食给那些贪婪的幼虫,再把剩下的几乎未受任何触动的种子扔到蚁巢垃圾堆中。在那里,如果够幸运的话,被遗弃的种子将顺利发芽,而且这些受到蚂蚁垃圾良好遮蔽的种子所萌生的植物细苗其密度丝毫不逊于人工播种的苗圃。有人曾经在一处蚂蚁垃圾堆中统计到了总计857颗源自20种不同植物的种子。

大多数搬运种子的蚂蚁属于杂食性蚂蚁,油脂体仅是它们食谱的一个组成部分,它们的美味佳肴还包括蚜虫的尾巴、蟋蟀的翅膀,以及与其竞争的其他种类的蚂蚁、跳虫等。消费油脂体的蚂蚁还包括一些捕食昆虫及其他蚂蚁的食肉性蚂蚁。还有一种通称为“收获蚁”的蚂蚁也常以植物种子为食,但它们通常所吃的是各种青草的草籽和那些不带油脂体的植物种子。

有一个未解之谜:为什幺蚂蚁要把带油脂体的植物种子带回巢中,而不在发现种子的地方就地将油脂体剥离呢?这个问题在人们第一次发现蚂蚁搬运植物种子的现象时就被提出来了,但至今没有确切的答案。有一种假说认为,这是因为油脂体内含有一种模仿死亡昆虫气味的化学物质,蚂蚁误将其当作是死亡昆虫而连同种子整个儿搬回家了。但这会引起另一个疑问:蚂蚁为什幺要将捕获的昆虫完整地带回家中?难道这样做它们的“战利品”就不容易落入竞争者之手吗?

搭便车旅行

如果说蚂蚁是为了获得植物的油脂体而把种子带回家,那幺,植物为蚂蚁提供“免费”油脂体的意图又是什幺呢?

一个可能的答案是,引诱蚂蚁搬运种子不过是植物播撒种子的一种方法。

我们知道,大多数植物都需要借助某种外力的帮助来播撒种子——这种外力可能来自蝙蝠、飞鸟、灵长类动物、啮齿类动物或黄蜂;也可能直接依靠风力或波浪的推动。只有靠着这些外力的帮助,种子才可能抵达新的或者更适宜生长的环境。出于类似的原因,一些苍蝇会搭乘在飞鸟身上迁徙,一些虱子会搭苍蝇的顺风车,而一些细菌则靠乘云升天周游。

关于蚂蚁搬运植物种子的记录,主要见之于亚洲、欧洲及北美洲落叶林林下的草本植物。数千万年来,在亚、欧、北美的自然生态系统里,蚂蚁们运送了数以十亿计的植物种子。那幺,林下草本植物究竟有什幺共性,使蚂蚁们乐意于搬运它们的种子而不是其他植物比如说森林中的树木的种子呢?

有趣的自然生物小实验 观察蚂蚁与植物的奇缘

竹节虫的选择

像许多植物的种子那样,一些竹节虫的卵上也包覆着富含营养的附加物,这种物质叫“头状体”,竹节虫借此吸引蚂蚁将卵捡起来捎往远方,同时还可以保护卵在搬运时不被损伤。图中是一种产于中美洲的竹节虫的卵。在放大15倍的情况下,可以辨认出棕色的球形突出物即为竹节虫卵的“头状体”。

1992年,澳大利亚生态学家马克·威斯特比和莱斯利通过试验揭示,植物种子上的油脂体与昆虫卵上的“头状体”有相似之处。在试验中,两人分别将含有油脂体的植物种子与含有“头状体”的昆虫的卵提供给不同种类的蚂蚁,结果发现,蚂蚁们以相似的比率、相似的态度来对待这些种子和卵,并把它们一起扔进了蚁穴内的垃圾堆中。对昆虫的卵来说,呆在蚁穴中显而易见的好处是被埋进蚁穴堆中后,它们被黄蜂寄生而受到侵害的可能性大为减少。

或许,对长大后依靠模仿竹节或树枝来保护自己的竹节虫来说,像植物种子那样开始自己生命的最初阶段,是再恰当不过的一种选择了。

这也许可以用“趋同进化”理论加以解释。我们知道,在生物的进化中有一种叫做“趋同进化”的行为,这就是在不同的物种之间可能会进化出相似的特性以适应相似的生活方式。比如,在南美,食蚁兽进化出的长长的黏性舌头能方便地捕食蚂蚁和白蚁,而其他以蚂蚁和白蚁为食的动物如北美的犰狳、澳大利亚的针鼹鼠、非洲的穿山甲等,也都进化出了相似的生物特性:厚实的兽皮,长长的鼻子及舌头,甚至穿山甲和食蚁兽还共同进化出了极度近视的双眼,以致这两种动物夜间在森林中可能会直撞你的怀抱而浑然不觉。“趋同进化”的例证向我们暗示:自然的某种力量在改变着地球上的物种,使得动物们完成某一件工作时只有寥寥可数的几种好办法可供使用。

事实上,森林中的林下叶层并不是很多植物“传媒”适宜的家园。比如“鸟媒”,尽管飞鸟能很轻松地替高大的树木播种,但要在森林幽暗的地面发现种子就不那幺容易了。又比如“风媒”,到了林中,风往往很难强烈到将落叶庇护下的种子卷到空中。也许正是因为这些原因,在长期的进化过程中,林下叶层的不同草本植物最终都选择了蚂蚁作为它们共同的“传媒”。

还有一个令人困惑不解的问题:大多数植物种子利用蝙蝠、飞鸟或风等“传媒”的目的是把种子运送到远离父母家园的更好的新的栖息地,而靠蚂蚁搬运的植物种子,就像是乘坐市内公交车,常常兜了一圈之后又回到了出发地,很少能超出原掉落地点几米以外的范围。那幺,这种模式对种子的传播有什幺益处呢?

有科学家提出一种假设:植物利用蚂蚁将种子搬运到蚁穴,可以使其得到更好的保护。比如,以免遭或少遭水、火、风等自然因素,以及啄食种子的动物、真菌等病原体的侵害。同时,蚁穴内的土壤比周围的土壤更肥沃,更有利于植物的生长,这就好比养料罐中的青草总是长得更青翠。研究结果也证明,在北美蚁穴垃级中,其氮、磷的含量确实要高于周边的土壤。

如此看来,在蚂蚁与植物的关系中,植物除了利用蚂蚁充当“传媒”而外,还让它们做了自己生长过程中的第一位“堆肥者”。

其实,无论基于何种理由,当一种植物将自己的种子托付给蚂蚁时,蚂蚁总是如期而至,这已成为数百万年来自然界的一道固定的风景线。不妨你现在就试一试:摇落一颗种子,看一看蚂蚁会来吗?

安全储藏种子

假如蚂蚁是植物种子的“堆肥者”的假说成立,那幺生长于养料贫乏环境下的植物.比如附生于其他植物体内的寄生植物,生活于热带雨林的林下叶层植物,自然更乐意于把自己的种子托付给蚂蚁。事实也是如此,在上述两类环境中,由蚂蚁播撒种子的植物种类被发现最多。

但是,这种假设有时并不成立。科学家在对澳大利亚蚁穴垃圾的营养构成进行检测时,发现这些蚁穴中的土壤谈不上肥沃(原因可能是澳大利亚蚂蚁比起北美的同类更喜欢迁移和更换巢穴,因此它们的蚁穴中不会积存太多的垃圾)。那幺,为什幺在澳大利亚还是有那幺多种类的植物由蚂蚁搬运种子呢?

这可能是因为澳大利亚山火频发。据估算,数百万年来,澳大利亚平均每7年就要爆发一次大规模山火。每次过火后,植物都需要从被烧残的枝干上重新生长,或从种子中萌发。在欧石南(一种灌木)丛生的荒野,由于山火十分频繁,植物们进化出了一种奇特的本领——种子只在山火过后才发芽,这样就能充分利用山火过后因植物灰烬沉淀而养料骤然增加的有利条件。更有趣的是,山火引发的浓烟或山火来临的信讯,成了催促种子发芽的触媒,而在两次山火的间隙,基本上没什幺种子会发芽。这是因为,假如种子选择在两次山火间隙的错误时机发芽,由于土壤中可利用的养料不足,它们就难以在下一次山火来临前发育成熟并及时结出种子。

许多生长于易发山火的生态系统中的植物种类都进化出了包藏种子的球果,而且种子成熟后,球果并不会立即掉落地面而是留在植物体上。这些有晚熟倾向的种子被包藏在球果内,滞留于有植物枝叶遮蔽的空中,直至山火发生使球果爆裂。靠蚂蚁将种子搬运到蚁穴也许是植物们在下一次山火来临前安全地储藏种子的一个办法。这样既可为种子找到一个堆肥场所,又可使种子免遭动物啄食及病原体侵害,甚至还可起到使种子保持干燥的作用。有些储藏于蚁穴内的种子发芽的能力甚至能保持20年。

如此看来,依靠蚂蚁搬运种子以保证种子安全储藏,可能也是植物选择蚂蚁的一个意图。

原创文章,作者:,如若转载,请注明出处:https://www.tatadiy.cn/views/7718.html

发表评论

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注