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许多到喜马拉雅山爬过山的人都有这样的经历:在喜马拉雅山麓,植物一片欣欣向荣。但越往上爬,植物长得越矮小。过了树线,也就是说,在海拔4000米以上,自然条件已经相当恶劣。那里寒冷,风大,斜坡上铺满了碎石,从头顶,还有强烈的紫外线照射下来,——虽然不可见,但你的皮肤会知道。这里的植物紧紧地贴着地面生长,似乎被自己所在的高度吓坏了。然而,不时地,在一片轻雾中,你会看到在远处的石头丛中,零零星星竖着一根根细长如棍似的东西。
你若好奇,再攀爬上去从近处细瞧,会发现那原来是一种一人多高的塔形植物。这种植物基部叶片很大,向上渐小,叶片略下垂,重重叠叠地包裹着,像一座微型的塔,玉树临风般地矗立在高原上。
高原上的塔形植物
1840年,当欧洲一位植物学家首次在青藏高原遇到这种奇特的植物的时候,他几乎吃惊到不知道说什么好。在通常长绿叶的地方,这种植物却长出由一片片苍黄的叶子交叠形成的中空塔状结构。“塔”近2米高,在周围低矮的植被中,像鹤立鸡群般显眼。
当他靠近检查,辨认出这种植物属于大黄属。他把它命名为“高贵的大黄”,而我们中国人一般则叫它“塔黄”。塔黄是一种藏药,它的根可以入药,茎和叶也可食用,据说吃起来口感不错。大概就因为口感太好了,以至于在野外塔黄现在几乎已濒临灭绝。
一些园艺师和植物爱好者也在自家院子里种植塔黄,但离开了土生土长的高原环境,它们极少开花。中空的塔状物其实是它的花穗。它那些苍黄色的叶子,在植物学上叫苞片。苞片把花朵密密匝匝地裹在里面。这种做法在植物里甚为罕见。
在整个开花、授粉、结果和种子成熟期间,苞片都把里面包得紧紧,好像藏着什么秘密。直到这一切都完成了,它们才渐渐变成褐色,脱落下来,此时成熟的种子才得以示人。到了冬天,2米高的茎杆竖立在悬崖上,或者从厚厚的雪被中耸出来,给高原上千篇一律的荒凉景色增添了一点独特的韵味。
关于“暖房”的种种猜想
但是,塔黄为何要把花裹在苞片里头呢?1964年,一位日本植物学家最早提出,这种塔状结构,事实上起到暖房的作用。他认为,塔黄的花开在自家造设的“暖房”里,这有利于授粉。因为一个带“暖气”的房子,给生活在环境恶劣的高原上的昆虫,提供了一块理想的栖身之地。
另一名日本植物学家后来发现,“暖房”还能促进塔黄自身的生长。他认为,塔黄那一片片半透明的苞片,就好比暖房壁上的玻璃或者透明塑料,能够让可见光和红外光透进里面,由此,整棵植株获得抵御外界严寒的热量。
除了塔黄,还有一些植物似乎也有这套本领。一种并不怎么显眼的大黄属植物叫“苞片大黄”,其外貌和本领,几乎是塔黄的缩小版。不过,尽管这两种植物很像,但基因学上的证据表明,它们那种塔状中空的结构是独立进化来的。
但这种塔状结构进化来到底真正是做什么用的?难道真的有意要造出一个“暖房”吗?这可是太独特了,几乎闻所未闻!所以,很多植物学家对此还存有很深的疑问。
有人注意到,塔黄的苞片上尽管缺乏叶绿素,但分布着很多能吸收紫外线的物质。于是提出一种猜想,认为青藏高原上紫外线太强,塔黄既然长在高原上,就需要有东西过滤紫外线,否则活不下去。所以,塔黄进化出苞片的真正目的,是为了防紫外线,至于不经意间造出一个“暖房”,那完全是意外的收获。
调查苞片的真正用途
因为存在这样的争议,所以我国昆明中科院植物所的科学家,就动身去调查这种苞片的真正用途。他们以西藏的一个小村庄为基地,每天早上爬到山上去观察野外的塔黄。他们做了三组比照实验:把一组塔黄的苞片在开花之前剥去;把另一组的苞片在开花之后剥去;第三组则自始至终保持苞片完整。他们想比较一下三组塔黄的生长情况。
他们证实了日本植物学家关于“‘暖房’为昆虫授粉提供便利”的猜测。给塔黄花朵授粉的主要是一种叫“真菌蚋”的小昆虫。它们最喜欢光顾“暖房”保持完好的植株,因为那里更暖和。而且苞片完整的植株,显得更高大,更容易被空中的昆虫发现。
他们还证实了苞片具有过滤紫外线功能的重要性。他们拿一株塔黄到实验室。把塔黄被剥去苞片之后,授过粉的花暴露于高强度的紫外线照射之下,结果萌发的花粉粒要少得多。不过呢,若单纯是为了防紫外线,那通常含有叶绿素的叶子比起苞片来,防紫外线的能力更强,所以说“苞片进化来单是为了防紫外线”是不通的,它们必定是为了其他的用途。
他们还发现,苞片还能保护花朵免遭雨水和冰雹的击打。塔黄的花期正好在雨季,那些苞片被摘去的植株,大部分花粉粒都被雨水冲走了。当然,这个用途依旧解释不了“为何苞片是半透明的”这个问题。
“暖房”确是有意为之
不过,底下一个发现就非得用“暖房”的保温效应来解释不可了。
在一个晴朗的日子,研究小组给植株保持完好的塔黄“暖房”量了一下气温,发现里面比外面要高出10℃。这个结果跟之前别的学者的观察相吻合,也算不上什么新发现。
但研究小组还走得更远,他们从三组塔黄的花里,采集了一些成熟的花粉。他们发现,从“暖房”保持完好的植株采集来的花粉,比从剥去苞片、暴露在空气中的植株上采集来的花粉,萌发率要高得多。所以,“暖房”对于塔黄的授粉的确至关重要。
此外,他们还发现,“暖房”的保温和防紫外线作用还促进了种子的发育。在开花之后,有着完整苞片的植株,比起苞片被剥去的,长出的种子更大、更易发芽。
塔黄的“暖房”通过升高温度,让成熟的花粉粒和种子都能得到更好的发育,这直接提高了塔黄在恶劣环境下的生存能力;而生物进化的主要目的,就是要提高生存能力,一项功能一旦跟“提高生存能力”有了直接联系,那就不用怀疑,这正是进化的目的了。所以,“暖房”本身应该就是塔黄进化的一个目的,而不是什么进化过程的“副产品”。
当然,“暖房”也有弊端。给塔黄授粉的真菌蚋直接把卵产在花上,而且其幼虫以塔黄的种子为食。在苞片保持完整的植株上,很多种子都被吃掉了。但这个坏处还是远远抵不上“暖房”的巨大益处。再说,这些真菌蚋的下一代,也还要为塔黄的下一代授粉呢。
所以,这样看来,塔黄进化出“暖房”这种特殊的结构,跟园艺师和农民利用暖房来种植花木或者庄稼,都是出于同样的目的,即为了给植物提供保护,促进其生长;甚至连弊端都一式一样。我们知道,人工的暖房也面临同样的问题:有利于害虫的孳生。
你若好奇,再攀爬上去从近处细瞧,会发现那原来是一种一人多高的塔形植物。这种植物基部叶片很大,向上渐小,叶片略下垂,重重叠叠地包裹着,像一座微型的塔,玉树临风般地矗立在高原上。
高原上的塔形植物
1840年,当欧洲一位植物学家首次在青藏高原遇到这种奇特的植物的时候,他几乎吃惊到不知道说什么好。在通常长绿叶的地方,这种植物却长出由一片片苍黄的叶子交叠形成的中空塔状结构。“塔”近2米高,在周围低矮的植被中,像鹤立鸡群般显眼。
当他靠近检查,辨认出这种植物属于大黄属。他把它命名为“高贵的大黄”,而我们中国人一般则叫它“塔黄”。塔黄是一种藏药,它的根可以入药,茎和叶也可食用,据说吃起来口感不错。大概就因为口感太好了,以至于在野外塔黄现在几乎已濒临灭绝。
一些园艺师和植物爱好者也在自家院子里种植塔黄,但离开了土生土长的高原环境,它们极少开花。中空的塔状物其实是它的花穗。它那些苍黄色的叶子,在植物学上叫苞片。苞片把花朵密密匝匝地裹在里面。这种做法在植物里甚为罕见。
在整个开花、授粉、结果和种子成熟期间,苞片都把里面包得紧紧,好像藏着什么秘密。直到这一切都完成了,它们才渐渐变成褐色,脱落下来,此时成熟的种子才得以示人。到了冬天,2米高的茎杆竖立在悬崖上,或者从厚厚的雪被中耸出来,给高原上千篇一律的荒凉景色增添了一点独特的韵味。
关于“暖房”的种种猜想
但是,塔黄为何要把花裹在苞片里头呢?1964年,一位日本植物学家最早提出,这种塔状结构,事实上起到暖房的作用。他认为,塔黄的花开在自家造设的“暖房”里,这有利于授粉。因为一个带“暖气”的房子,给生活在环境恶劣的高原上的昆虫,提供了一块理想的栖身之地。
另一名日本植物学家后来发现,“暖房”还能促进塔黄自身的生长。他认为,塔黄那一片片半透明的苞片,就好比暖房壁上的玻璃或者透明塑料,能够让可见光和红外光透进里面,由此,整棵植株获得抵御外界严寒的热量。
除了塔黄,还有一些植物似乎也有这套本领。一种并不怎么显眼的大黄属植物叫“苞片大黄”,其外貌和本领,几乎是塔黄的缩小版。不过,尽管这两种植物很像,但基因学上的证据表明,它们那种塔状中空的结构是独立进化来的。
但这种塔状结构进化来到底真正是做什么用的?难道真的有意要造出一个“暖房”吗?这可是太独特了,几乎闻所未闻!所以,很多植物学家对此还存有很深的疑问。
有人注意到,塔黄的苞片上尽管缺乏叶绿素,但分布着很多能吸收紫外线的物质。于是提出一种猜想,认为青藏高原上紫外线太强,塔黄既然长在高原上,就需要有东西过滤紫外线,否则活不下去。所以,塔黄进化出苞片的真正目的,是为了防紫外线,至于不经意间造出一个“暖房”,那完全是意外的收获。
调查苞片的真正用途
因为存在这样的争议,所以我国昆明中科院植物所的科学家,就动身去调查这种苞片的真正用途。他们以西藏的一个小村庄为基地,每天早上爬到山上去观察野外的塔黄。他们做了三组比照实验:把一组塔黄的苞片在开花之前剥去;把另一组的苞片在开花之后剥去;第三组则自始至终保持苞片完整。他们想比较一下三组塔黄的生长情况。
他们证实了日本植物学家关于“‘暖房’为昆虫授粉提供便利”的猜测。给塔黄花朵授粉的主要是一种叫“真菌蚋”的小昆虫。它们最喜欢光顾“暖房”保持完好的植株,因为那里更暖和。而且苞片完整的植株,显得更高大,更容易被空中的昆虫发现。
他们还证实了苞片具有过滤紫外线功能的重要性。他们拿一株塔黄到实验室。把塔黄被剥去苞片之后,授过粉的花暴露于高强度的紫外线照射之下,结果萌发的花粉粒要少得多。不过呢,若单纯是为了防紫外线,那通常含有叶绿素的叶子比起苞片来,防紫外线的能力更强,所以说“苞片进化来单是为了防紫外线”是不通的,它们必定是为了其他的用途。
他们还发现,苞片还能保护花朵免遭雨水和冰雹的击打。塔黄的花期正好在雨季,那些苞片被摘去的植株,大部分花粉粒都被雨水冲走了。当然,这个用途依旧解释不了“为何苞片是半透明的”这个问题。
“暖房”确是有意为之
不过,底下一个发现就非得用“暖房”的保温效应来解释不可了。
在一个晴朗的日子,研究小组给植株保持完好的塔黄“暖房”量了一下气温,发现里面比外面要高出10℃。这个结果跟之前别的学者的观察相吻合,也算不上什么新发现。
但研究小组还走得更远,他们从三组塔黄的花里,采集了一些成熟的花粉。他们发现,从“暖房”保持完好的植株采集来的花粉,比从剥去苞片、暴露在空气中的植株上采集来的花粉,萌发率要高得多。所以,“暖房”对于塔黄的授粉的确至关重要。
此外,他们还发现,“暖房”的保温和防紫外线作用还促进了种子的发育。在开花之后,有着完整苞片的植株,比起苞片被剥去的,长出的种子更大、更易发芽。
塔黄的“暖房”通过升高温度,让成熟的花粉粒和种子都能得到更好的发育,这直接提高了塔黄在恶劣环境下的生存能力;而生物进化的主要目的,就是要提高生存能力,一项功能一旦跟“提高生存能力”有了直接联系,那就不用怀疑,这正是进化的目的了。所以,“暖房”本身应该就是塔黄进化的一个目的,而不是什么进化过程的“副产品”。
当然,“暖房”也有弊端。给塔黄授粉的真菌蚋直接把卵产在花上,而且其幼虫以塔黄的种子为食。在苞片保持完整的植株上,很多种子都被吃掉了。但这个坏处还是远远抵不上“暖房”的巨大益处。再说,这些真菌蚋的下一代,也还要为塔黄的下一代授粉呢。
所以,这样看来,塔黄进化出“暖房”这种特殊的结构,跟园艺师和农民利用暖房来种植花木或者庄稼,都是出于同样的目的,即为了给植物提供保护,促进其生长;甚至连弊端都一式一样。我们知道,人工的暖房也面临同样的问题:有利于害虫的孳生。