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尸花有什么大惊小怪的?

世界上最大的花朵来自一种寄生植物。科学家们渴望了解这种奇特而挑剔的植物学奇观如何在东南亚的森林中得以生存。

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来自菲律宾的Rafflesia lobata。图片来源:Pieter Pelser 和 Julie Barcelona

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它毫无遮掩地散落在林地上,看起来像是一种外星的美味佳肴,是从某种地外生物身上采集下来的奇异器官肉,然后腐烂在星际狂欢的余波中。巨大的、肉质的花瓣——整朵花可能直径达3英尺——以及散发出的腐肉味,让人难以置信Rafflesia arnoldii 属于植物界。事实上,没有任何可见的营养器官。

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这些色彩鲜艳的花朵,是世界上最大的花朵,似乎是凭空出现的——“绽放”一词太轻描淡写了。但它确实是一种植物,尽管是一种非常不寻常的植物。它是一种寄生植物,依靠三种Tetrastigma 藤蔓(一种热带葡萄的近亲)提供养分。

R. arnoldii 及其大约30种近亲潜伏在从泰国到马来西亚、印度尼西亚和菲律宾的热带雨林冠层之下。它们也被称为尸花,但与另一种名为尸花(Amorphophallum titanum,或称泰坦魔芋)的物种不同,泰坦魔芋是插花中常见的马蹄莲的近亲。泰坦魔芋拥有世界上最大的未分枝花序——巨大的、阳具状的结构,拥有数千朵微小的花。大多数Rafflesia 物种仅限于一个岛屿,有些只在一两个地点被发现。所有物种都依赖于Tetrastigma 藤蔓作为宿主。

“它们非常挑剔,”在中田纳西州立大学担任植物生态学家和讲师的Siti Hidayati说,她在她的祖国印度尼西亚研究过这种植物。“在大约90种Tetrastigma 中,只有大约十种是Rafflesia 的宿主。”

它的许多其他奇特的习性也显得同样不适应——例如,一些物种需要近一年的时间才能开花,这导致许多花蕾在它们甚至开放之前就被摧毁。它们疮痕累累、看起来像疤痕一样的果实也需要同样长的时间才能发育。这还要假定花朵能够授粉。许多物种有雌雄异株——而且个体植物可能相距很远。它们甚至可能在不同的时间开花,进一步缩短了授粉的窗口期。最大的物种最多只能开放一周。

现在,植物学家们正在争分夺秒地了解它们不为人知的生物学特性,以免它们消失。由于森林砍伐,菲律宾的Rafflesia mira已极度濒危,另外七个物种出现在1997年国际自然保护联盟濒危植物红皮书中。

一朵非凡巨大的花

据信,第一个看到Rafflesia 的西方人是法国植物学家Auguste Deschamps,他在1797年在爪哇发现了一株Rafflesia patma。对于可怜的Deschamps来说,这是一次恰如其分的恐怖发现,他所在的救援船被劫持,最终被困在荷兰控制的岛屿上。到那时,许多正在寻找失踪的早期研究船只的船员已经因疾病而死亡。他在返回法国的途中,其插图和标本被英国人没收,后来才在英国博物馆的档案中被重新发现。

该属是在1818年由托马斯·阿诺德(Thomas Arnold)在苏门答腊发现一朵“非凡巨大的花”后,于1820年正式描述的,阿诺德是新加坡创始人斯坦福·莱佛士爵士领导的探险队成员。在接下来的一个世纪里,又有十几个分布在东南亚的物种被命名。在2001年之前,菲律宾只知道两种Rafflesia 物种。那一年,Julie Barcelona刚刚回到祖国,开始担任菲律宾国家博物馆国家植物标本馆的植物学家。她的研究重点是蕨类植物,但她姐夫的朋友们给她发了他们在徒步旅行中遇到的一种奇怪花朵的照片。

“他们用棍子戳它,因为他们不想被吃掉,”她开玩笑地笑着说。这种反应是可以理解的——这朵花与Netflix恐怖剧《怪奇物语》中的Demogorgon反派非常相似,简直是神似。

Barcelona的好奇心被激发了。结果,这是一种全新的物种——Rafflesia speciosa。她于2002年发表了这一发现。自那时以来,菲律宾已知的Rafflesia 物种数量激增至13种,使该群岛成为该属的多样性热点。

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Jeanmaire Molina与一朵Rafflesia speciosa 花。 (图片来源:Jeanmaire Molina)

Jeanmaire Molina

该属属于一个名为Rafflesiaceae的寄生植物科,包含另外两个属。该属的物种形成相对较快,有些物种最早出现于60万年前。这些植物被归类在柳树、紫罗兰和西番莲所属的Malpighiales目中。它们与包含我们熟悉的圣诞红等植物的Euphorbiaceae科关系最密切。有趣的是,该科的花通常很小。我们可能认为是圣诞红的花瓣实际上是彩色的叶子。花朵是中心的黄色球体,大小不超过针头。Rafflesia 花的巨大尺寸是在相对短的时间内演化而来的。

这些植物学奇迹为何选择寄生,仍然是个谜。在吸取近亲营养的植物中,不到1%的植物中,Rafflesias 是被认为是内寄生(endo-holoparasites)的少数群体之一。与主要从宿主吸取水分的半寄生植物不同,全寄生植物完全没有光合作用的能力,而是吸取生存所需的营养。

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内寄生植物完全存在于宿主内部,只有花朵会露出来。Rafflesia 的显微照片显示,细胞丝侵入了Tetrastigma 的组织。它们之所以能够区分开来,仅仅是因为它们较大的细胞核。

这些结构更像是真菌的菌丝体,而不是根、叶和茎。事实上,“它们已经完全放弃了叶绿体基因组,”长岛大学生物学助理教授Jeanmaire Molina说。这在植物界非常罕见,只有一种藻类做过同样的事情。在与它亲缘关系很近的寄生植物Sapria 中也发现了类似的基因组简化。后来发现。令人费解的是,它们仍然产生空质体。这些空器官的目的尚未确定。

奇特的 blooms,奇特的果实

它们的寄生生活方式和巨大的花朵可能解释了为什么Rafflesia 需要这么长的时间才能开花和结果。

“它需要从宿主那里获取所有能量,”Pieter Pelser解释道,他是Barcelona的丈夫和合作者。他们两人现在都在新西兰基督城坎特伯雷大学工作。“危险是,如果它吸取太多,宿主可能会死亡!”

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他和Barcelona异口同声地喊出了最后一句,这表明了他们深厚的合作关系。这对夫妇在俄亥俄州的迈阿密大学相遇,并从那时起一直合作。

Rafflesia leonardi 花和花蕾,菲律宾。 (图片来源:Pieter Pelser 和 Julie Barcelona)

Pieter Pelser 和 Julie Barcelona

与宿主的斗争也可能解释了为什么Rafflesia 窃取了它如此多的基因。它高达40%的线粒体基因和2.1%的核基因是从Tetrastigma 获得的。在潜伏于宿主组织中的数千年中,这种寄生植物积累了基因物质,这些物质可能有助于它通过模仿自身细胞的某些特征来逃避检测。

Rafflesia 花朵之所以能达到如此惊人的规模,很可能是为了吸引其主要授粉者——食腐蝇。这些昆虫成群结队地涌向花朵,希望能将卵产在腐烂的尸体上,但却无意中将雄花的粘稠、奶油状的花粉转移到了雌花上。当然,苍蝇希望给它们蠕动的后代最好的生存机会,因此会寻找最大的尸体。凭借它们鲜艳的颜色、产生的挥发性硫化物以及产生的热量Rafflesia 是 prime carrion 的绝佳诱饵。

气味强度因物种和观察者而异。一些Rafflesia 的香味对人鼻几乎闻不到,而另一些则在几米外就能闻到。对Molina来说,这种恶臭是值得的。“当我闻到它时,我想,我们到了,我们找到了它,”她热情地说。

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Rafflesia speciosa,原产于菲律宾。 (图片来源:Jeanmaire Molina)

Jeanmaire Molina

Barcelona则不那么乐观。“就像一只死老鼠,”她笑着说。

果实也好不到哪里去。Molina将其气味比作腐烂的椰肉。果实中数千粒微小种子的传播方式以及如何感染宿主,目前尚不清楚。已知啮齿动物和其他小型动物会以这些有毒的果实为食。然而,最可能的传播者要小得多。Barcelona和Pelser观察到蚂蚁搬运R. philippensis 的种子,可能是被类似于Elaiosomes的结构吸引,Elaiosomes是其他已知由蚂蚁传播的种子上富含油的构造。这与Tetrastigma 在根部被Rafflesia 感染的观点一致——隧道中的蚂蚁可能会将种子带到它们需要的地方。

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这是一个令人着迷的发展。焦急的植物学家一直在尝试培育这种植物以期将其保育下来。虽然少数移植的Tetrastigma 在圈养环境中支持了Rafflesia,但这些植物尚未成功从种子开始种植。到目前为止最成功的方法是将受感染的藤蔓部分嫁接到健康的植物上。雅加达的茂物植物园在2010年通过嫁接促使一株R. patma 开花,并成功地将其维持至今。

Molina的目标是在美国植物园复制这项技术。她从菲律宾带回了几十个枝条,试图建立这些奇异植物的储备。到目前为止,还没有尸花。但希望永存,如果幸运的话,不久的将来,华盛顿特区将会弥漫着Rafflesia 迷人的恶臭。

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