沙漠中的秘密花园

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  澳大利亚西南部气候恶劣。土地贫瘠。然而却有地球上最多样的檀物群落。
  在澳大利亚偏僻的西南部沙化地区,有一大片贫瘠的土地,高过膝盖的灌木丛难掩那瘦骨嶙峋的土壤,穷尽目力也望不到尽头。夏季酷热难耐,蒸腾而上的热气模糊了地平线。除了风声,万籁俱寂……这里就是被澳大利亚当地人称作“克旺甘”的地方。
  克旺甘地区夏季干热,冬季潮湿。属于地球上为数不多的地中海气候环境(南非、美国加利福尼亚州和南欧也属于这种气候环境)。然而,不可思议的是,在这片生态环境极其恶劣的土地上,却生长着地球上最丰富多样的植物群落。每当春天来临,无数艳丽的花儿绽放,让人目不暇接。雨林地区通常被认为是地球上植物种类最丰富的地方,而克旺甘地区的植物种类之多足以与之一争高下。统计数据表明,克旺甘地区生长有3600多种植物,每150平方米的地方就能找到约100种木本植物,数量超过地球上同样大小的任何一块雨林。
  不过,这里植物种类虽然繁多,却主要分属不多的几个科,仅桃金娘科、豆科和山龙眼科就占了近一半。
  克旺甘地区因其丰富的植物多样性而被誉为“沙漠中的秘密花园”,每年吸引着来自世界各地的众多的旅游者。
  
  在严苛的生态环境条件下,植物依靠什么成功地生存繁衍?
  
  克旺甘地区位于澳大利亚西南部,四周分布着地球上最古老的地壳,这里几亿年来都没发生什么变化,没有造山运动,没有火山运动,也没有冰川活动,唯一的变化就是雨水侵蚀,而雨水将土壤中所有的营养物都冲走了。在贫瘠的土地上,只有雨季来临时,庄稼才能长出来。当地人采用水耕法栽培作物,将各种营养物添加到土壤中。这种耕作法只有短期效应,因为沙化土壤的下面全是盐分,一旦耕作破坏了表层土壤,地下盐水水位就会慢慢上升,最终杀死扎根很深的作物。此外,这里还有一个严重的问题:土壤极度缺磷,磷含量低至几乎没有哪一种植物能够应付。
  为什么在如此恶劣的环境中却生长着丰富多样的植物群落?科学家一直都在寻找答案。最近,一个明显违反直觉的论点逐渐被人们所接受:正是贫瘠的土壤促生了植物群落的多样性。
  1970年,美国植物学家大卫·迪尔曼提出了一个观点。他认为,在某些特定的生态空间中,比如湿地或阔叶树林,植物为了占据优势地位,拼命生长,因为它们需要“垄断”资源;而在另外一些特定生态空间中,植物则采取了“和平共处”的生存策略,有的生长在有少量磷肥堆积的微孔周围,有的生长在干旱的高地,还有的在斜坡上繁衍生长……在澳大利亚西南部单调乏味的沙原地带,各种各样的地形地貌为各种植物提供了可选择的生存空间。
  除了与其他植物“和平共处”而外,植物还进化出了各种生存技能。以食肉植物茅膏菜为例。在气候湿润的冬春季节。茅膏菜长出黏糊糊的叶子,专用来诱捕各种昆虫,且效率惊人,据说有一种茅膏菜,在春季一天能捕捉80只小节肢动物。昆虫为食肉植物提供了至关重要的氮、磷、钾、钠和锌等营养元素。
  大部分植物不具备捕捉昆虫的能力,它们如何生存呢?其中一些与土壤中的真菌建立了“共生关系”:植物从真菌那里获取营养,真菌则通过植物根须吸收植物制造的糖分,彼此都从对方那里获得好处。
  当然,也有一些植物沦落为彻底的“剥削者”,它们完全依靠榨取真菌来维持生存,自己不再制造食物。有一种叫“地下兰花”的植物。它们就完全放弃了光合作用而在土壤深处开花结果。还有一种植物叫“澳大利亚圣诞树”(因绽开大团鲜艳的橘黄色花而得名),它们长出长长的根须,在根须的前端有一个类似插头的附属物,可以直接接入相邻的其他植物的支根中,吸取他人的营养和水分。地下兰花和澳大利亚圣诞树并非这里唯一的“盗贼”,至少还有约40种植物过着完全的寄生生活。
  当然,大部分植物还是很少以“盗窃”为生。拔克西木属植物和其他山龙眼科植物将自己的根须伸向土壤表层,以吸收随雨水落下的微量养分和腐殖质。为了给夏季的花朵提供额外营养,它们将主根深入地下,直达地下甜水。
  
  贫瘠土地上。植物为什么能开
  
  出如此绚烂多姿的花朵?
  
  每当春天来临,克旺甘地区呈现一片姹紫嫣红。一些灌木开出红、白或蓝色的花,浓郁的花簇甚至都遮蔽了叶子;一些灌木开出看上去像松果、像牙刷,甚至像女用长围巾的复合花。克旺甘地区的营养条件十分有限,植物为什么能开出如此绚烂多姿的花朵?植物学家指出,其实植物用在花朵E的养分非常少,花蜜所需的养分全部来自阳光和水,而在澳大利亚西南部的春季,这两样东西都非常充裕。植物在这里面临的真正挑战不是缺少养分,而是花粉如何传播。所以,每一种植物都竭尽全力吸引昆虫、鸟儿等传粉者,而其中只有那些长着漂亮花朵、含有大量花蜜的植物才能在竞争中胜出。
  在这种情况下,一种奇特的动物成了这里的常客,这就是长吻袋貂。长吻袋貂只生活于澳大利亚西南部,是一种古老的有袋类动物,也是地球上唯一的主要以花蜜和花粉为食的陆地哺乳动物,它们长着专门用于搜寻花朵里的花蜜的长长的嘴巴。这种动物的许多生理特征令人称奇,比如雄性长吻袋貂的睾丸占到体重的4%,这种小动物的精子竟比蓝鲸的精子还要大!长吻袋貂主要以山龙眼科和桃金娘科植物为食,而克旺甘地区生长着丰富的山龙眼科和桃金娘科植物,可供它们食用的花朵多种多样。
  在植物这一方,为了避免被长吻袋貂等掠食者吃掉,也进化出了各种化学防卫机制,比如制造毒素,以保护叶子不被贪嘴者吃掉。有一种植物专门分泌氟乙酸盐,其毒无比,只需一口叶子便足以杀死一头羊。像丹宁酸和酚类物质之类的酸性化合物的毒效同样不可小觑,这些毒素广泛存在于脱落的枯叶中,其作用就是防止被无脊椎动物吃掉。
  干旱季节堆积的枯枝败叶为周期性大火创造了物质条件。克旺甘地区几乎每十年就会被大火光顾一次,火光闪处,植物在劫难逃。不过,大火过后,还是有一些植物能从地下根茎处抽芽。经过大火的“洗礼”,植物坚硬的木质种皮裂开,种子被释放到厚厚的灰烬中。随着下一个雨季的来临,种子发芽……又一个生命循环就开始了。
  
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  地下兰花
  地球上几乎所有的陆生植物都长在地表之上,但如果有人告诉你,有的植物能在地下开花结果,你相信吗?事实是,地球上真有这样的植物。
  1928年5月的一天,一位名叫杰克·卓特的澳大利亚人在自家花园里无意中闻到一股甜甜的香味,这香味是从地缝中飘出来的。他俯身察看,发现在地缝中有一朵白花。当时他并不知道他发现的是一个此前完全不为人所知的新的兰花品种——澳大利亚地下兰花。
  现在科学家已经知道,地下兰花就是一种能在地下开花结果的植物。与其他兰花相比,地下兰花 在漫长的进化过程中,在生态和形态上都发生了许多适应性变化:放弃光合作用,完全生活在地下。那么,没有光合作用,它们是如何获得能量的呢?
  澳大利亚共有两种地下兰花:西部地下兰花和东部地下兰花。前者整个植物体均生长在地下,后者的隐身之处稍浅一些,其花序部分探出地表,埋在林下的落叶层中。两种地下兰花都无叶。缺乏叶绿素,呈柱状结构,上面长有一个花头,里面包含10~100个小花朵。西部地下兰花在5月末、6月初开花,花朵呈乳白色或淡红色,四周环绕着6~12个乳白或桃红色的苞叶。这些苞叶形成一个郁金香状的花头,遮盖在小花朵上,从而在地表上拱开一个裂口。剥落的树叶和树皮覆盖在裂口上面。一旦受粉,每个花朵都能长出一个浆果状闭果。含有20-150颗种子。
  地下兰花属于真菌异养生物,由于无法获得太阳能,它们完全依靠一种叫金雀花的桃金娘科植物及真菌提供营养和二氧化碳。它们将从真菌那里获得的水分、营养物质和二氧化碳转换成自身生长所必需的能量。虽然所有种类的兰花都与真菌存在共生关系,但地下兰花由于完全生活在地下,没有光合能力,因此依赖性更强。
  小真菌蚋为地下兰花传精授粉。这些小昆虫能穿过覆盖在地缝上面的落叶和树皮堆积层进入地下兰花的头状花序中。据猜测,一种有袋类小动物为地下兰花撒播种子。
  
  茅膏菜
  茅膏菜的叶子上的腺毛分泌物在阳光照射下会像露水一样闪闪发光,因此又被叫做sundew(意为“太阳露水”),共有188个种类。这种植物通过叶面上的茎腺黏液诱捕、消化昆虫,以补充自身生长所需要的营养,而通常植物是从土壤中获得这些营养物质的。茅膏菜普遍生长在沼泽里,也经常出现在沙堤和缺乏有机物及磷肥的矿物质土壤里。这种食虫植物曾引起达尔文的极大兴趣,他在其著作中用了285页纸来描述它。
  茅膏菜最突出的特点是生有腺状触毛,在触毛顶端有黏性分泌物,这正是它们诱捕和消化昆虫的“武器”:茎腺分泌一种甜甜的黏液吸引、诱捕昆虫,然后再分泌酶消化猎物;无柄腺负责吸收猎物身体里的营养液体。猎物(通常是昆虫)受到茎腺分泌的芬芳气味的诱惑纷纷降落到茅膏菜植株上,一旦触上这些黏性分泌物,便立刻被粘住,无论怎样挣扎都难以逃脱,它们最终要么因耗尽体力而累死,要么因黏液阻塞呼吸孔而憋死。昆虫一般在被粘一刻钟后就会死去,这时植物便开始分泌液酯酶、过氧化酶、磷酸酶和蛋白酶,这些化合物有的能溶解昆虫,有的能使昆虫体内的营养物质释放出来。叶面则负责吸收营养液。 所有种类的茅膏菜的触毛都能活动。这些触毛非常灵敏,在粘住猎物后,会很快将猎物包裹起来,以便让猎物尽可能地与茎腺接触。根据达尔文的观察,即使是小真菌蚋的腿碰到触毛也足以引起这种反应。有些茅膏菜的触碰反应异常迅速,一旦被触碰,只需数秒钟,甚至1/10秒钟,其外层触毛便可将猎物完全包拢。除了触毛能活动外,某些种类的茅膏菜的叶片也能弯曲,以便最大程度地接触猎物。
  虽然一棵茅膏菜无法清除所有虫害,但许多茅膏菜聚集在一起,其威力就不可小觑。有人进行过统计在约8000平方米的一块沼泽地里,生长其中的茅膏菜总共捕捉了600多万只昆虫!达尔文曾培育过茅膏菜,他发现。与那些没有喂过昆虫的茅膏菜相比,吃了昆虫的茅膏菜生长得更旺盛,产的花和种子也更多。
  与其他食虫植物一样,茅膏菜的花朵通过一根长长的茎干高架在叶子之上。最初人们以为花朵与叶子隔离是为了避免误捕传粉者,但最新研究则表明,花朵之所以被高架是为了引起传粉昆虫的注意。茅膏菜的花的花序大都呈锥状,花朵一生只开一次,且开花时间较短。开花是对光强的一种反应,经常是在阳光直射下绽放,所有花序都具有向日性,随着太阳的移动而移动。
  
  澳大利亚圣诞树
  澳大利亚圣诞树是一种寄生植物,只生长于澳大利亚西南部,这里是许多奇特植物的家园,它们大多靠“剥削”小树维持生存。这些奇特植物是数百万年隔离进化的结果,澳大利亚中部广表的沙漠将它们与其他地方的植物完全隔离开,而恶劣的气候和贫瘠的土壤则促使它们越来越特化。
  澳大利亚圣诞树因在圣诞节期间开出鲜艳的花朵而得名。这种树可长到10米高,树皮呈灰褐色,每年10月至次年1月开花,花朵为橙黄色和黄色,艳丽无比。
  澳大利亚圣诞树属于桑寄生科植物,所有这一科的植物都是地上寄生的。由于仅依靠光合作用无法满足其在干旱季节对水分和营养的需求,所以澳大利亚圣诞树进化出了寄生根茎。与其他地上寄生植物一样,这种植物从未完全放弃利用光合作用获取营养的生存方式,但主要依赖寄生生活,因此其营养条件的好坏多寡取决于其能否从寄主植物身上获得丰富的营养物质。
  澳大利亚圣诞树的根部生有一种叫做“吸器”的器官,类似插头,专用来连接寄主植物的根茎。当吸器发现寄主根茎时,就会像一把切刀一样将其断开,然后把自己同寄主的维管组织连接在一起,吸取寄主的营养和水分。这种生存方式使得澳大利亚圣诞树能度过炎热干旱的夏季。 吸器攻击所有遇到的植物,无论是小草还是树丛,甚至攻击包着PVC管的电话电缆。在澳大利亚西部曾发生过一件趣事:某个地方的电缆出了问题,维修人员挖开覆盖在上面的土壤后惊讶地发现,吸器已遍布于电缆线上,并在许多位点切断了电缆,就像切断植物的根茎一样。
  澳大利亚圣诞树通过它的荧光色两性花繁育后代,这种雌雄同株花朵既包含雄蕊(雄生器官释放孢子囊中的花粉),也包含雌蕊(雌性器官或胚珠在受精后变成种果k雌蕊受精后产出一枚长有翅膀的果实,一旦脱离树身,便随风飘到很远的地方,最后落到地面,运气好的话便可发育成—个新的生命。
  
  山龙眼
  
  山龙眼科植物主要分布于南半球,是一个较大的科,有80个属,但所有种类加起来不超过2000种。
  山龙眼科植物的大多种类是树木或灌木植物,个别属于草本植物。山龙眼科植物一年四季常绿,叶子在形状、大小和叶边上存在很大差异。山龙眼科植物最突出的—个特点是生有又大又艳丽的花序,花序由许多小花朵组成,小花朵密密麻麻地排列在一个坚实的花头中。当然也有的山龙眼科植物是单花结构的。
  山龙眼科植物的花器部分由以下结构组成:四个花被片融合成一个长长的小直管,顶部有一个封闭萼,四个雄蕊的花丝结合成被片,花粉囊被封在萼内。
  在即将开花之前,花粉囊释放花粉,并将其置放在花柱头上,那里有一片较开阔的肉质区,专用来放置花粉。食蜜动物一般接触不到花粉囊,但不可避免地会碰到花柱头,因此花柱头的作用就是充当献粉平台,以确保食蜜动物能带走花粉。
  许多山龙眼科植物生有特化类蛋白根,由侧根和形成辐射吸收面的茸毛团组成,在生长季节产生于落叶层里,在生长季节即将结束时枯萎。类蛋白根是这种植物为应对土壤缺磷而发生的一种适应性进化:通过增大根茎的吸收面积大大提高了这种植物在水资源和营养不足的情况下的吸收能力。正是由于这种特化类蛋白根的存在,山龙眼科植物才成为有花植物中少数几种没有与真菌形成共生关系的植物之一。
  山龙眼科中的拔克西木属植物共有170种,既有树木,也有灌木。长得最高的树木是海岸拔克西木和河岸拔克西木,高达15米,个别的甚至能长到30米。灌木拔克西木属植物大都呈直立状,但也有几个种类呈倒伏状,枝条贴着地表或在土壤下生长。 拔克西木属植物的叶子差别较大,有的只有1厘米长,有的长达45厘米,大部分种类的叶边缘呈锯齿状。拔克西木属植物最突出的特点表现在穗状花序上:花序修长,一个穗状花序往往包含数百甚至数千朵小花,最多的约有6000朵。花朵大多呈淡黄色。但也有橘黄、红和粉红色,甚至还有紫罗兰色花。
  拔克西木属植物能产生大量花蜜,成为食蜜动物重要的食物来源。食蜜动物包括蜜雀等鸟类和啮齿动物,以及宽足袋胸、长吻袋貂、侏儒袋貂和蝙蝠等哺乳动物。这些动物对拔克西木属植物的传精授粉起到了重要作用。某些拔克西木属植物在夜间发出一种强烈气味,其作用可能就是为了吸引哺乳动物前来传粉。其他传粉动物还包括蛾子幼虫和象鼻虫,它们能钻进花锥去吃里面的种子,并在瞢莫中化蛹。美冠鹦鹉常常叨破花锥,吃里面的种子和昆虫幼虫。
  拔克西木属植物经过长期进化适应了定期出现的森林大火。近半数的拔克西木属植物会被森林大火烧死,但很快又会再生,因为大火能烧裂含有种子的蓇蓉,种子落到地上后便会发芽。能在森林大火中幸存的拔克西木属植物,要么是其厚厚的树皮保护了树干,要么是生有木块茎,能在大火过后再次抽芽。
  间隔时间较长的森林大火对拔克西木属植物没有什么威胁,对其种群的繁衍发展还有好处。但如果大火过于频繁,就有可能大大减少甚至灭绝某些拔克西木属植物种群,大火会烧死尚未达到育果年龄的小树。
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