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梦中情兰——猴面小龙兰丨花颜鸟语

日期: 来源:中科院之声收集编辑:张佳瑞
编者按:在地球浩瀚的历史长河中,生命世界谱写了一曲曲悲壮赞歌,塑造了地球环境,孕育了人类文明史诗,促进了经济社会发展。在科学传播的星辰里,中科院之声与华南植物园联合开设“花颜鸟语”专栏,既是生命世界之窗,又荟萃自然体验的点滴故事。惟愿她为自然世界代言,宣传生物多样性保护。惟愿她解读科学前沿,讲述科学故事,封存自然足迹。

猴脸兰早有耳闻,第一次见到真身是在华南国家植物园高山植物室的玻璃展柜里,即使只有一个美丽的背影,也足以令我开心很久。

高山植物室种的猴面小龙兰杂交种

这个角度只能看到“猴”的后脑勺(即花萼背面)

猴脸兰是兰科小龙兰属(Dracula spp.)的植物,原产热带美洲,生长在潮湿、阴暗的原始森林中,多是附生植物。它的属名“Dracula”词源同“dragon”,有“小龙”的意思,现在则是吸血鬼的代名词。

附生植物

“猴面/脸”实际上是花萼,每种“猴”都有它独特的“脸谱”,底色一般是浅黄、白色或肉粉色,通常密被暗色的斑点和绒毛,花萼的末端会形成一条长长的尾,有的“尾”有几十厘米长,如Dracula Raven ‘Black Beard’,它的“尾”长27cm。“猴眼”是两枚小小的花瓣,长圆形,一般底色较浅(白色、浅黄色),中央颜色较深。“猴鼻”其实是合蕊柱,稍大于花瓣。最最醒目的莫过于“猴嘴”,即唇瓣,它形态各异,大多像一个兜,但不同于兜兰的唇瓣。昆虫落入兜兰唇瓣只能通过兜兰设计好的逃生路线走,先后经过柱头、雄蕊,“被迫”背上花粉块。其实比起“兜”,用倒置的蘑菇形容小龙兰属植物的唇瓣更加贴切,因为它们的唇瓣是开放式的,“菌柄”对应唇瓣基部,“菌盖”对应唇瓣上部,唇瓣内侧有若干树杈状的“褶皱”,拟态真菌的“菌褶”,引导昆虫走向目的地——合蕊柱。

D. Raven 'Black Beard' 翼展27cm

D. felix,示猴的五官

对比图

彩云兜兰

兜兰-传粉者逃生路线,左图中绿色示退化雄蕊,中图粉色示逃生路线,右图紫色为雌蕊,黄色为花粉块(图引自《RENZIANA Paphiopedilum》)

D. lafleurii

大家可以猜猜是谁给小龙兰属植物授粉的,蜂类?蝶类?蛾类?还是鸟类?其实都不是,小龙兰属植物既没有花蜜,也没有花香,吸引不了这些嗜甜喜香的传粉者。前面提到小龙兰属植物的生境潮湿、阴暗,这些地方一般缺少嗜花性昆虫,但喜食真菌或食腐的蝇类却不少,这些以蘑菇为食的果蝇通常是杂食性的,因为真菌大多数时候是以菌丝形式在地下生长,在特定时期才会长出具有繁殖功能的子实体,即蘑菇。小龙兰属植物花朵拟态蘑菇(大小、形态、颜色和气味),它们的唇瓣和合蕊柱有气味,“蘑菇味”仅来自唇瓣,它们利用果蝇(如Zygothrica属的蝇类)对真菌的依赖性来为自己传宗接代。下图展示的是D. lafeueii的共生蘑菇,D. lafeueii的唇瓣与共生真菌的菌盖直径相当,它们“蘑菇味”的主要成分也相同。

在D. lafleurii唇瓣上徘徊的果蝇

中图果蝇背上沾着花粉块

D. lafeueii的共生真菌

科学家们为了研究果蝇访花的因素,在森林中观察了数百小时,由于观察对象较小,他们要用放大镜才能观察到花粉块是否粘在果蝇背上,除此之外还要记录果蝇访花时间、访花路径,并采集果蝇标本,方便后续解剖、观察、鉴定,他们在观察中还发现了许多果蝇新种。为了探究花朵哪一部分吸引了果蝇,他们3D打印了假花,并给假花附上“蘑菇味”,或只保留花结构的一部分,其余替换成假花,或创造新型假花。研究发现“猴脸”和“猴嘴”功不可没:花萼上的斑纹和毛相较于颜色更具吸引力(视觉吸引),对于昆虫近距离定位、访花和花内活动具有重要作用,也有人推测花萼上密集的斑纹会让蝇类以为是同类而聚集在一起(种内或种间聚集);花萼延长的“尾”也有一定作用,果蝇会在人造花萼的“尾”或背面稍作停留;唇瓣的形状和特殊的“蘑菇味”均能吸引果蝇(后者远距离吸引),若给假花附上“蘑菇味”(花提取物),能刺激果蝇落在花上。

科研人员做的假花,真花最吸引果蝇

部分花结构是真的,唇瓣和花萼对果蝇的吸引力较大

不同花萼纹路对果蝇的吸引力不同,果蝇更倾向于斑点和条纹图案

果蝇聚集(引自姜丽芬,2020)

传粉的大致过程:果蝇被“蘑菇味”诱惑,飞到植株附近,进而被“猴脸”“猴嘴”吸引,在上面站立(避雨)、徘徊,扇动翅膀,以宣示自己的领地。它们也会不停搓腿,其实那是在“品尝”食物(花萼上有酵母生存,访花昆虫的消化道中也能找到它们)。它们的味觉器官长在腿上,简单说先用腿尝,再用舐吸式口器吃。在此过程中可能会顺着指示路线(唇瓣上的树状褶皱)试图钻进合蕊柱、花瓣和唇瓣基部围成小空间内。小龙兰属植物唇瓣基部可活动,当果蝇向前爬动时,它的腿会将唇瓣轻轻推开,头部、胸部挤进合蕊柱与花瓣之间,随即发现自己被蕊喙(兰科植物合蕊柱前的舌状突起)卷曲的边缘夹住,于是它开始奋力挣扎,腿扑腾得厉害,但这样只会适得其反,被夹得更紧。果蝇挣扎累了休息时,唇瓣恢复原来的位置,将它压向合蕊柱,它被夹住的胸部和贴近唇瓣基部的腹部形成一定夹角,胸腹连接处的盾片粘上蕊喙分泌的黏液,此时粘盘(即蕊喙的一部分变态成的粘块)借机固定在果蝇身上,当果蝇往外退时带动蕊喙运动盖住柱头腔(可能是为了避免自花授粉,短时间内蕊喙会恢复原位),药帽也会被顶掉,它背着花粉块成功“逃离”,不久又会被下一个“陷阱”吸引,当它费力钻进合蕊柱与唇瓣之间时,就将上一朵花的花粉块粘在这朵花柱头上,圆满完成了传粉任务。

蝇类(图示苍蝇)搓腿有大用处:品尝食物、保持嗅觉灵敏性、减少负重、增加附着力

苍蝇的舐吸式口器

果蝇在D. lafleurii唇瓣内外活动

果蝇钻进合蕊柱与唇瓣之间

D-示蕊喙开放状态;E-示蕊喙闭合状态,盖住柱头腔;F-G-蕊喙正视图和腹侧视图

果蝇盾片上沾着花粉块

小龙兰属植物在开花后期或去除花粉后,花朵会发生一系列变化,旨在告诉果蝇们:“别再来啦!”。它们花萼颜色变暗(当然也有些种本身花朵变化就大,如D. lafleurii),合蕊柱与唇瓣之间的空间变大,“蘑菇味”变淡,有香味产生(果蝇对香味不感冒)。

D. lafleurii花形大小和颜色变化

下面让我们欣赏几种特别的“猴”:

D. chimaera是小龙兰属的模式种,种加词“chimaera”是希腊神话中拥有狮头、山羊身体和龙/蛇尾的怪物。D. chimaera花大,加上花萼的尾巴可达30 cm,花色、斑纹变化较大。

Chimaera

D. chimaera

D. vampira,种加词“vampira”是吸血鬼的意思,花的大小与D. chimaera不相上下,但前者花萼上没有斑点,取而代之的是接近紫黑色的放射状脉纹。

D. vampira

D. gigas植株比其他的“猴”高大,叶片长约40cm,花序轴也总是直立向上,它的脸上干净,光滑,没有斑纹和毛,嘴唇还是肉粉色的。

D. gigas

D. felix的花序轴直立或向上,一个花序能开50多朵花,完全开放的花“猴脸”会朝下,花萼末端的“尾”也会更加扩展,其他小龙兰属植物也有这个特点。

D. felix

D. lafleurii的花序梗朝下,每个花序有3-6朵花,开花前期,其唇瓣外侧会有一层光滑的薄膜,Dracula felix则没有。

D. lafleurii

开花初期D. lafleurii唇瓣外侧有一层膜

D. simia的图片在网上流传较多,人称“无辜猴”,种加词“simia”就有“猴”的意思。D. simia花萼上的斑点和毛在“脸周”较为集中,越往内斑点越稀疏。

D. simia

D. andreettae与前面的几种都不同,它的唇瓣强烈外翻,花萼形态和斑纹都十分怪异,花萼前倾但边缘翘起,斑点较大,紫褐色。

D. andreettae

D. chestertonii的唇瓣是两边向上翘起,内侧的“褶”是鲜红色/橙色,十分抢眼。

D. chestertonii

D. inaequalis的花较小,花萼圆圆的,中央斑点较多,围成一圈色环,边缘颜色浅,“尾”和“尾”基部有红褐色斑点。

D. inaequalis

参考文献及资料:
1. Endara, Lorena & Grimaldi, David & Roy, Bitty. (2010). Lord of the flies: pollination of Dracula orchids. Lankesteriana. 10. 10.15517/lank.v10i1.18318.
2. Policha, T., Davis, A., Barnadas, M., Dentinger, B. T., Raguso, R. A., & Roy, B. A. (2016). Disentangling visual and olfactory signals in mushroom-mimicking Dracula orchids using realistic three-dimensional printed flowers. The New phytologist, 210(3), 1058–1071. https://doi.org/10.1111/nph.13855
3. Lifen JiangYaxin ChengShan GaoYincheng ZhongChengrui MaTianyu WangYan Zhu (2020) Emergence of social cluster by collective pairwise encounters in Drosophila eLife 9:e51921.

4. 图片来源论文及论坛https://www.orchideenfreunde.net/t10539-dracula-sammelthread

来源:中国科学院华南植物园



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