被丑恶化的食人花,不过是一种仅剩生殖器官的可怜奇葩植物

前不久中国科学院西双版纳热带植物园记录的寄生花开全过程,在惊艳大家的同时,也让人感到头皮发麻。花瓣上密集的黄色斑点简直是密恐人群的噩梦,同时不少人想到了食人花,甚至鬼吹灯里的尸香魔芋。

寄生花开花过程

其实寄生花(Sapria himalayanaGriff.)是大花草科寄生花属下的一个种,1987年,在云南西双版纳的基诺山上出现过,而在之后的几十年里,中国境内几乎没有看到寄生花的踪影。而我们应该更熟悉它的那位被称为“食人花”的近亲大王花。

1818年,在英国不列颠东印度公司远东地区的总督托马斯·斯坦福德·莱佛士爵士(Sir Thomas Stamford Raffles)管辖新加坡的前一年,他与自然学家约瑟夫·阿诺德博士(Dr. Joseph Arnold)在印尼西部的一座名为苏门答腊(Sumatra)的岛屿上进行了一次野外考察。

在茂密的热带雨林中,他们发现了一种异常巨大的花,它的直径可达1米,约有7公斤重,花冠血红色并且带有斑点,散发着剧烈的腐臭味。更令人匪夷所思的是它并没有明显的根、茎、叶等器官,约瑟夫·阿诺德将它形容为“植物界中最伟大的奇才”。

大王花

后人将其命名为阿诺德大王花(Rafflesia arnoldii),以此纪念科学探险队的率领者约瑟夫·阿诺德,并且以莱佛士的名字将这一类花命名为莱佛士花属(Rafflesia),我们现在称其为大王花属,不过你可能更熟悉它“食人花”、“腐尸花”等外号。

大王花与寄生花同属于大花草科(Rafflesiaceae Dumort)。大王花是世界上花朵最大的植物,主要生长在海拔500-700米高度的热带雨林中,有“世界花王”的美誉。

其大可吞人,在它的花心部位有一个巨大的缺口,像嘴巴一样大张着,并且有锯齿般的小突起,散发着尸体腐烂的恶臭味,在各种民间传说的神化下,它成为了“食人花”的原型之一。虽然大王花这个物种离我们很遥远,但它在影视剧及游戏里十分活跃,而尸香魔芋属于天南星科里的一种同样具有腐肉气味的植物。

大王花内部及其“牙齿”

然而大王花真的不吃人,准确地说它并不食肉,这样看来它比猪笼草以及捕蝇草等还要友善一点。大王花是一种寄生植物,主要寄生于藤本植物的根、茎、叶处。奇特的是,它完全舍弃了根、茎、叶等营养器官,也没有叶绿体光合作用给自己制造养分,只剩下非常简单的结构。于是乎大王花生长所需的养分全部来源于寄主——它通过退化成菌丝状的器官,侵入寄主的组织内吸取营养。

不同于大多数的开花植物,大王花不需要经过生根、发芽、茁壮成长等营养发育阶段,便直接进入开花期,大王花的这种生命周期是十分特殊的。它在很长的一段时间里都保持着胚胎的状态,然而经过长期酝酿开出的巨大花朵,只能维持4-5天。

大王花在生长发育初期,以一种类似于植物内生菌(Endophyte)的菌丝状结构生存于寄主体内。顾名思义,植物内生菌是一定阶段或全部阶段生活于健康植物的组织和器官内部的真菌或细菌。

拟南芥生长周期(上)与大王花生长周期(下)

进入花期之前,大王花的全部生命活动都在寄主体内进行。起初这种内生链结构仅为一层细胞宽,随后单列的细胞沿垂直于轴的方向进行分裂,产生多列结构,但是在此过程中细胞并未发生分化,保留着未分化胚细胞的基本特征:细胞核较大,颗粒状胞质致密,有时会有小液泡出现。

这些细胞聚集形成泪珠状的寄生细胞群,被称为原球茎(protocorm)。随着原球茎的继续生长,细胞才开始分化,出现各种服务于开花的结构,比如形成苞片以防止花苞在冲破寄主根与茎部坚硬的木质组织时受到伤害。

有趣的是,大王花的花苞刚从藤蔓上冒出时,只有乒乓球那么大。经过9个月的缓慢生长之后,去能够变得十分巨大,其外面包裹着的黑色薄膜发生胀裂,露出玉红色的花苞。

寄生花花苞

在花期的最后一天,其血红色花瓣逐渐变黑并开始凋零,在几周内就会变成一滩粘稠的黑色物质。而成功受粉的雌花会在接下来的7个月内逐渐形成一个半腐烂状的球状果实,直径可达15厘米,具有棕色的木质化表皮,果皮下充满乳白色、富脂质的果肉,其中包含着上千枚红棕色的微型种子。

目前并未有直接的研究表明大王花的种子是如何传播的,也不知道它是怎样寄生于宿主身上。有学者认为大王花种子具有粘性,鹿、野猪等动物无意间触碰到它们之后,就会被携带到处繁衍。

由于大王花的生长发育都在寄主体内完成,直到将要开花时才出现在体外,它在绝大部分时间里都是“隐而不见”的,这极大地增加了科学家们在野外寻找大王花的难度,可谓真正的“可遇不可求”。也正因如此,在大花草科植物被发现后的两个世纪里,其在自然系统中的地位一直无法被确定。

虽然大王花没有传言的那么可怕,但是它对人类似乎也不太友好,剧烈的腐臭味让我们难以接近,有人甚至形容大王花的气味为腐肉和粪便味混合的气味。所以不难理解为什么早先的探险家会将其当做食人花——这种味道应该来源于它刚吃过的人的尸体吧。

现在我们知道了大王花的这种腐臭味来源于自身合成的挥发性物质,很多大型动物在面对大王花独特的“花香”时的反应也和我们一样,会尽可能避而远之,所以大王花得以躲避很多的“灾难”。你可以想象一下,如此巨大的花朵,如果大象刚好路过,想不踩到可能都很难。

而这种腐臭味正好是苍蝇等腐食动物的最爱,这些小动物刚好也可以帮助自己传粉,于是大王花便尽全力将这一特点发挥到极致。有些种类的大王花为了使自己的味道传的更远,还能够产热以促进挥发。另外在具有较大花朵的大王花种群中,它们中央圆盘顶部的手指状突起可以充当辐射器发散装置,以起到进一步分散气味的作用。

所以也不难理解为什么大王花的体型如此之大。在较为昏暗的热带雨林底部,较大的花更容易被传粉者发现,具有一定的遗传优势。但是考虑到寄主本身对于寄生植物的承载能力,或者花本身的限制,大王花的体型并不能无限生长,它存在一个临界值,所以大王花需要通过其他的手段来帮助自己完成尽可能多的传粉,比如上文提到的吸引腐食动物的腐臭味,而较小及中等体型的大王花种群会通过产生更多的花来弥补单个花体型上的不足。

为了更好地扮演腐肉,大王花血红色的花瓣上点缀了鲜艳的或白或黄的斑点,在苍蝇等小动物循着气味找来时,不至于有上当受骗的感觉。此外大王花表面的毛状结构很好地模仿了动物皮毛的触感,所以当这些小昆虫落抵达花上时,就会产生一种找到腐肉的幻觉。大王花可以说很注重这些传粉者的嗅觉、视觉与触觉体验了。

大花草科植物近看

有些被迷惑的昆虫还会在大王花上产卵,不过等待着这些将要孵化出来的小生命的必然是缺乏食物而死亡。

仔细观察大王花的话,我们会发现它的花具有很奇特的花室结构,这在一定程度上可以起到困住传粉者的作用,以最大限度地延长其在花中的时间,以增加苍蝇等腐食生物与花柱或花药的接触机会。

大王花解剖图 图源中国国家地理

大王花的花室是由花被环形的中空隔膜组成的类似于房屋内庭的结构,花被即花萼和花冠的总称。大花草科植物里不同种的花具有不同的花室形态,当然有的种类并没有花室。花室内有一个被称为中心轴柱的结构,其上带有大王花的生殖器官雄蕊或者雌蕊。

大花草科下的三种植物个体。

A.大王花 由五片花被裂片形成的一个轮生体和隔膜组成花室

B.Rhizanthes 无隔膜,中心轴柱暴露在外

C.寄生花 两个轮生体(各五片花被裂片,共十片)和隔膜组成花室

除了延长昆虫的停留时间,雄花也会形成液体状的花粉液浆。当传粉者与花药接触时,花粉液浆会沉积在它的背上。即使液浆变干,花粉仍能存活数天。而当花粉与雌花柱头表面接触时,花粉又会重新水化,以此完成受精。

为了繁殖大王花可以说是相当尽力了,并且形成了一套近乎完美的繁殖系统。只可惜其极短的花期和极低的种群密度,一朵花再完美又如何呢?传粉动物在几天的花期内找不到另外一朵异性花,最后还是得不到很好的繁殖。自然的,大王花在1984年就被列为“世界范围内遭受最严重威胁的濒危植物”。

如果要保护好这类植物,我们需要了解它们的繁殖方式以及遗传发育相关的生物学信息。2018年,时隔几十年后我国科学家在距西双版纳500米处的区域再次找到了两株寄生花,其中一株开雄花,一株开雌花。研究人员对其进行人工授粉,6个月之后,收获了成熟饱满的果实。这意味着中国科学院西双版纳热带植物园是世界上第二个、同时也是中国首个获得寄生花种子的植物园。

寄生花的果实

寄生花果实外观为黑色,呈糊状而扁平的圆盘形,直径约为6厘米,同样地散发着令人不悦的气味。经过清洁处理后,研究人员一共获得38907颗种子,每粒种子的长度仅为40至50微米,与寄生花的大小形成鲜明的对比。

那么大王花与寄生花为什么能够长到如此之大呢?科学家通过分子生物学技术分析发现,大花草科是在约4600万年前从花朵较小的大戟科中分化出来的。随着时间的推进,其花冠增加到20多厘米,直到近100万年才快速进化,成为世界上最大的花。

即使现在生物技术取得了飞跃性的进展,但是这种“可遇不可求”的大花草科植物仍然十分很神秘。我们成功获得寄生花的种子无疑迈进了巨大的一步,而对其遗传与进化的分析也可以帮助我们解开“大王花为何如此之大”的疑惑。

它们身上确实还有许多未知值得我们去探索。

Nikolov L A , Davis C C . The big, the bad,and the beautiful: Biology of the world's largest flowers: Biology of Rafflesiaceae[J].Journal of Systematics and Evolution, 2017, 55(6).

神奇的植物:大王花,以其臭味被称为“霸王”. 中国管科院红豆杉中心. 2019.7.19

徐仁修. 马来西亚最独特的植物:大王花与猪笼草[J]. 中国国家地理(2):98-105.

中国唯一的“寄生花”近30年后重现西双版纳(组图). 中国新闻网. 2019.1.20

罕见的寄生花,三万八千颗种子收获不易丨Science 活物誌科技日报 2019.9.15

Nikolov L A , Endress P K , Sugumaran M , et al. Developmental origins of the world‘s largest flowers, Rafflesiaceae[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013, 110(46):18578-18583.