「科学馆」特立独行的植物-肉食植物独特的进食方式(自然界的食肉植物)
简介:“科学博物馆”特有的植物——食肉植物特有的吃法。
自然界中的食肉植物
食肉性在植物中多次独立起源，所以不同的食肉植物有不同的机制和结构来完成这些步骤。
吸引、捕食和消化是食肉植物完成捕食需要的三个步骤。食肉性在植物中多次独立起源，所以不同的食肉植物有不同的机制和结构来完成这些步骤。
吸引是第一步。许多食肉植物，尤其是猪笼草，有着显眼的颜色。这些颜色来自类黄酮和花青素，它们使人看起来呈黄色、紫色或红色。这些颜色也成功地模拟了花朵的颜色，可以吸引大量的昆虫前来光顾。一些葡萄孢属和眼镜蛇属的植物有透明的窗口状斑点。被困住的猎物认为自己可以指明天堂的出路，会一次又一次试图爬上去。最终，他们精疲力尽，淹死在瓶底。和花一样，许多食肉植物也有类似于花的蜜源指示信号的紫外线吸收区，昆虫可以看到这些信号并被这些信号引导。许多昆虫，如膜翅目，能分辨黄色、蓝色和紫外线。其他昆虫不能分辨颜色，只能分辨明暗程度。不同的捕虫器可以发出不同的紫外线，吸引不同的昆虫前来光顾。冬虫夏草是通过紫外线的强烈对比效应来吸引昆虫的。植物底部老化枯萎的叶子构成了反射紫外线的背景。植物上方有腺体的生长部分，因为吸收了紫外线，所以看起来是在黑暗中。捕蝇草陷阱的边缘会吸收紫外线，这使得它看起来比内部的消化区域更暗。
毛囊头蝠则相反。它不模仿花朵鲜艳的颜色，而是试图模仿周围环境的颜色来隐藏自己。酸浆诱捕笼被埋在附近的苔藓和小型地被植物中。当猎物经过时，它往往没有注意到陷阱的存在，因此落入陷阱袋中而被猎杀。
酸浆的栖息地。它的捕虫笼低矮，颜色和纹理模仿周围环境。(图片来自Holger Hennern)与视觉相比，许多昆虫的嗅觉和味觉更加发达，因此一些食肉植物的捕虫结构也会释放芳香甜味物质等化学信号，这些信号可以传播到很远的地方来吸引昆虫。吸引猎物最常见的化学信号是蜂蜜，分泌蜂蜜的
结构一般位于昆虫陷阱危险区域的边缘。猪笼草能在捕虫囊边缘分泌甜味物质，其浓度远高于捕虫囊内部，从而引诱昆虫降落在最危险的地方。Sungrass在捕虫瓶顶部的勺状叶盖上分泌蜂蜜。猎物被这些物质吸引，但捕虫器的边缘极其光滑，当它们想在上面休息时，就会直接掉进捕虫器里。肉食性植物，如螺旋海狸鼠和海狸鼠，在地下或水中诱捕昆虫，也会释放可溶性引诱剂来吸引猎物。猪笼草会结合化学信号和触觉信号，在捕虫笼下与富含蛋白质的纤毛形成白色环状结构，吸引白蚁取食。
在白花猪笼草的诱捕笼下，富含蛋白质的纤毛形成白色环状结构，吸引白蚁取食。右图是吃完后的状态。(文森特·巴齐勒拍摄)
水生海狸鼠丝状枝的叶子形状与藻类相似，为各种水生微生物提供栖息地，吸引它们来到水生海狸鼠身边。水生海狸鼠丝状枝的叶子形状与藻类相似，为各种水生微生物提供栖息地，吸引它们被海狸鼠捕食。而一些甲壳类动物也会来捕食聚集在这里的水生微生物，反而成为海狸鼠的食物。
所有食肉植物都无一例外地用叶子作为诱捕昆虫的器官。我们可以根据不同的机理将其分为五类:捕虫器、捕虫器、捕虫器、吸捕器、捕龙虾器。根据它们的功能，我们还可以将它们分为主动式捕虫器和被动式捕虫器。前者会主动捕捉猎物，捕虫器和吸入诱捕器都属于这一类；后者完全不动，比如昆虫诱捕器，龙虾诱捕器。捕虫器有两种:主动捕虫器和被动捕虫器。
昆虫陷阱是最常见的陷阱，属于被动陷阱。众所周知的猪笼草、猪笼草、土猪笼草、凤梨草都采用这种陷阱。捕虫笼由叶片变态形成的导管或囊状结构组成，以其类似花朵的颜色吸引猎物。捕虫器边缘光滑，边缘附近往往有甜味物质吸引猎物。猎物被吸引并来到捕虫器前。如果它不小心，它会从它非常光滑的边缘滑落，掉进昆虫陷阱。它会被底部的液体淹没消化。
昆虫诱捕器是一种独特的捕捉捕蝇草和水生浣熊藻类的主动诱捕器。像夹子一样的异常叶片可以从中脉迅速闭合。捕蝇草的陷阱里有触觉毛。一旦被昆虫触碰，纤毛压力通过电信号传导，细胞内离子通道被激活，导致pH值、渗透压和细胞变形的变化，最终导致诱捕器关闭。刺激的传递速度高达17cm/s，一旦猎物被关起来，陷阱里的大量消化腺就会开始分泌消化液分解昆虫体内的蛋白质。
从左到右可见瓶子草的捕虫笼，捕蝇草的捕虫夹和猪笼草的捕虫笼。（林十之摄）从左到右可以看到猪笼草的陷阱，捕蝇草的陷阱，猪笼草的陷阱。(林摄)
捕虫植物如毛喉鞘蕊花、胶冻虫草、岩黄连、紫茎泽兰和佩兰使用捕虫器。它们的叶子覆盖着能产生粘液的腺毛。这些腺毛的顶端覆盖着粘液，在阳光下像露珠一样闪闪发光。被昆虫粘液的外观和甜味吸引，误以为是蜂蜜汁的游客会被粘液卡住，无法动弹。小的猎物会立刻被固定，大一点的猎物被卡住后会挣扎，但这只会让它们被更多的粘液包裹在周围，最终无法动弹。当昆虫的毛孔被粘液完全堵塞时，它们会逐渐窒息而死。而且茅草菜的叶子会主动卷曲包裹住猎物，提高消化效率。
粘虫草，粘虫草科的唯一种，分布于地中海 使用粘虫陷阱，但粘住昆虫之后叶片不会像茅膏菜那样主动卷曲。粘质虫草是粘质虫草的唯一种类，分布于地中海。它用的是粘虫诱捕器，但是粘虫后叶子不会像大白菜那样主动卷曲。
吸入陷阱是海狸鼠独有的秘密武器。这种主动捕虫器是由一个中间空囊结构组成，囊的开口像一个阀门。海狸鼠会在它的捕虫器里形成一个[/k0/]的负压，它的顶部有一个只能向里面打开的门。当猎物接近捕虫器时，它会触发门周围的感觉毛，门就会打开，将猎物用水吸入捕虫器。门打开和关闭的时间不超过1/500秒，是整个植物界已知最快的运动。此外，腺体分泌粘液来封闭开口。
龙虾陷阱是螺旋狸藻独有的秘密。旋毛虫的地下叶不含叶绿素，常被误认为是根系。变态叶中段膨大，其前端会形成V型螺旋分叉。很长一段时间，人们不知道这种奇怪的结构是用来做什么的。直到20世纪末，这种被动捕虫装置才被仔细研究，并解释其功能。类似于用来抓龙虾的笼子，旋毛虫的地下根叶中的空腔内布满了羽绒。原生动物进入根叶的空腔后，只能沿着毛发脱落的方向移动，直到进入具有消化功能的部分被消化才能折返。另一种生长在美国东南部的鹦鹉瓶草(Sarracenia psittacina)结合了两个陷阱:一个昆虫陷阱和一个龙虾陷阱。当昆虫被诱捕笼边缘的蜂蜜吸引时，它们会滑倒并掉进笼子里。然而，与其他瓶草垂直生长的诱捕笼不同，鹦鹉瓶草的诱捕笼水平躺在地上，其诱捕笼的内表面布满了绒毛，这将迫使昆虫向诱捕笼深处移动，直到它们最终被底部的消化液消化。
螺旋狸藻（Genlisea）的龙虾笼捕虫陷阱一种用于诱捕海狸鼠龙虾笼中蠕虫的诱捕器
鹦鹉瓶子草鹦鹉瓶草
如前所述，猎物的下一步消化可以由真正的食肉植物自行分泌消化酶来完成，而原生食肉植物无法自行分泌消化酶，需要借助细菌和真菌的分解。食肉植物不会吸收猎物的所有营养。除了氮和磷，动物还含有钙、镁、钾等营养物质。研究表明，瓶草植物只吸收大量的氮和磷。其他研究表明，中国狸藻和大叶黄杨可以吸收镁和钙。紫茎泽兰能吸收猎物体内35%的氮，夏天无能吸收30%左右的氮。植物不仅可以从动物体内吸收氮，还可以依靠根系和共生固氮菌从土壤中吸收氮。但是植物中的氮到底有多少来自动物，不同的食肉植物也有差异。猪笼草中60%的氮来自动物，眼镜蛇草中75%的氮来自动物，而奇异卫矛中只有25%的氮来自动物。此外，食肉植物从动物身上吸收的氮也会被输送到不同的部位加以利用。夏天无会在冬芽中储存45% ~ 61%的氮素，以度过寒冬，为第二年的萌发和生长做准备。海狸鼠会将大部分吸收的氮和磷输送到植物的幼嫩部分。而在奇异猪笼草中，其尚处于生长期的幼叶，也具有较高的含氮量。浣熊还将从猎物身上获得的几乎所有氮输送到生长组织中。
南方狸藻（Utricularia australis）的捕虫囊南极狸藻捕虫囊
所有的食肉植物仍然进行光合作用，说明它们的食肉习性只为它们提供营养，而它们的能量仍然来自太阳。大多数食肉植物有大量的叶子，需要生长在阳光充足的地方。如果他们得不到足够的阳光，他们的生长会受到严重影响。然而，与它们庞大的花序和苍白的地下根相比，一些陆生海狸鼠的叶子非常小，似乎无法从光合作用中获得足够的能量来生存。这表明它们的一些能量来源可能是动物的猎物。有研究人员将这些海狸鼠放在充满碳源的完全黑暗的环境中，发现它们仍然可以顺利生长。这个结果也支持了这些植物可能是部分异养的推测。
食肉植物有不同类型的消化腺。毛腺、野马追、岩黄连、粘质虫草和佩兰有柄腺；浣熊、紫茎泽兰、捕蝇草、粘质虫草、旋覆花、猪笼草、寄生堇菜、紫茎泽兰和子宫中出现无柄腺体。凹入植物组织的腺体仅出现在紫茎泽兰、眼镜蛇和紫茎泽兰中。这些消化腺不仅产生消化酶，还具有受体和营养吸收的功能。
消化猎物的过程也可以分为以下三种:昆虫诱捕器、龙虾诱捕器、吸入诱捕器形成一个封闭的消化空室，室内始终充满消化液。猎物在这个“胃”结构中不断被消化；浣熊藻和捕蝇草使用的诱捕器，只在捕获猎物后分泌消化液进行消化；粘虫的诱捕器直接把消化液分泌成粘液，在虫粘的部位消化。
谷霍腺毛草（Byblis guehoi）粘住的昆虫昆虫粘在Byblis guehoi上
食肉植物彻底消化猎物的时间取决于猎物的种类和大小。粘质虫草可以在24小时内消化一只蚊子，而捕蝇草需要捕捉猎物20小时后才开始分泌消化酶。猎物越小，食肉植物消化得越快。过多的猎物反而会对食肉植物造成伤害。如果不能及时消化，剩余的蛋白质会吸引细菌和真菌，使叶子容易腐烂。
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