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他们发现世界上闭合速度最快的花

龙胆属植物个头矮小,直径仅60~100毫米。

研究人员在青藏高原开展野外科考工作。

近日,一种生长在海拔4000多米的青藏高原,能在外界触碰下快速“关机”的小花被综合性学术期刊《Science Bulletin》披露。这些直径仅60~100毫米的蓝色或白色花朵,在轻轻触碰下,仅7秒就能完全闭合,变回花苞的形态,是世界上少见的花瓣能自主运动且闭合速度最快的花。这项成果由来自湖北大学、中国科学院武汉植物园、武汉大学等单位的研究人员于2020年夏天在青藏高原科考时首次发现。

一次偶然的拍照

发现“含羞花”

2020年7至8月间,由中国科学院武汉植物园组织的第二次青藏高原综合科学考察团前往西藏,对青藏高原全域水生植物开展为期一个月的调研。他们沿着317国道,途经纳木措、那曲、色林措等多个地区,对大型湖泊、河流周围的湿地植物进行采集。当科考队行至一个叫雄姆措的湖泊时,研究人员偶然发现地上一朵蓝色小花会“动”。

“这是一种龙胆属植物,特别矮小,几乎是贴着地面生长,花朵多呈蓝色和白色。我们在拍照时,无意中触碰到了花瓣,等再举起手机准备拍摄,刚刚还开着的花不见了。”湖北大学资环学院教授戴璨介绍,为了证明不是幻觉,大家又对长在不同地方的小花进行实验,发现它们在被轻触后,果然能快速闭合,回到花苞的状态。

通过广泛查询龙胆属植物的国内外文献和植物志,他们没有找到关于这类花冠触敏性的记载。这群植物学家意识到,这或许是一项极具价值的新发现,并推断,也许是因为这种小花生长在高原且十分矮小,此前没有被观测到这一特点,也有可能是迫于某种生存压力而进化出来的新性状。总之在已知的科学记载中,没有龙胆属植物会快速闭合的信息。

2021年8月,科考队再次前往西藏。这一次,他们带足了工具,并根据预测设计了不同的实验方案,探究小花闭合背后的原因。

蹲着趴着观察

发现花瓣闭合的秘密

“我们起初预测是高原大风或者是动物的啃食导致花朵闭合,但实验证明并非如此。”他们针对龙胆属植物里的西域龙胆开展了一系列实验。

回想起在西藏做实验的经历,戴璨坦言,团队小伙伴们付出了很大的努力,但“辛苦并快乐着”。在做大风实验时,他们发现贴着地面长的小花几乎吹不到自然风,于是用手摇扇子、打气筒制造气流等办法,用“人造风”来探究风速对花的影响。在做动物啃食实验时,他们向当地牧民借来牛羊,让它们围着花吃草,发现牛羊在吃草时并不会大口喘气,不会触发花朵闭合。为了观察昆虫对花的影响,他们弓着背弯着腰,悄悄跟踪各类小飞虫,看被它们叮过的花有什么变化。

龙胆属植物个体很小,为了近距离观察,研究人员只能蹲着或趴在地上观察。从早上9时到下午5时,一看就是一天,连续坚持了十余天。“在高海拔地区,哪怕是蹲下再起立,都会喘得厉害。那里气候多变,一会儿晴一会儿雨,太阳出来暖和,一变阴天就很冷。但我们对这个感兴趣,觉得有意思,有热情。”

经过长时间观察、广泛采样以及显微镜下解剖分析,他们排除了多种推测,并锁定了一种叫熊蜂的访花昆虫。

“熊蜂非常狡猾。不同于其他昆虫采蜜时将头或者身体直接伸进花房,它们会将头伸向花冠筒外侧的基部,在花上扎一个洞,盗取花蜜。这样的采蜜方式,对花的损坏是巨大的。”研究人员通过采样发现,熊蜂采蜜后98.8%的龙胆属植物会关闭花瓣,而闭合后的花朵可以有效避免被熊蜂再次访问。

此外,他们还发现只有常常被盗蜜的龙胆属植物会有闭合行为。“大家是同一属,生长在同一个地方,为什么被熊蜂喜欢的花就有闭合功能,不喜欢的花就没有这种功能?我们推测,西域龙胆的花部触敏性可能就是为了避免频繁的熊蜂盗蜜对花冠筒、特别是子房造成的伤害,演化出了这一自我保护的行为特征。”

近日,由此研究成果撰写的短讯文章“Touch induces rapid floral closure in gentians”被《Science Bulletin》在线发表。

还有更多未解之谜等待挖掘

这一发现在学科上的意义也是显著的。在已有记录中,迄今为止只有生长于日本的茅膏菜属植物的花会在机械触碰后的数分钟有收缩行为,数小时后才会完全闭合。

此次发现,龙胆科龙胆属中有四个物种——假水生龙胆(白花型、蓝花型)、新疆龙胆、西域龙胆,以及一个待鉴定的龙胆属植物,都会在被机械触碰后闭合,时间在7秒到210秒之间。而花冠闭合后,都有再次开放的能力,该过程在天气晴好状态下大概需要20分钟。如果再次触碰,花冠还会再次闭合,然后开放。该研究中取样最广的假水生龙胆,其两种花色八个居群的平均闭合时间仅29秒,最短闭合时间仅7秒,可称之为世界上闭合速度最快的花。

但研究人员表示,目前的实验成果仅仅是冰山一角,现象背后的机制、快速运动的适应意义、植物的具体归属,以及物理环境因素会不会协同作用导致花冠闭合等,还有很多未解之谜有待进一步挖掘研究。

武汉地区多个高校和研究所的科研团队多年一直从事植物繁殖生态学的研究工作,也多方合作致力于对植物学的科普。从2020年开始,科考团队两次进藏,走遍了大半个青藏高原。据了解,我国上一次对青藏高原进行摸底式科考还是在上世纪70年代,第二次青藏高原综合科学考察于2017年启动,致力于对青藏高原开展长期大尺度生物多样性监测,揭示青藏高原环境变化机理,优化生态安全屏障体系。

记者陈晓彤 通讯员唐汉青 鲜文涛

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