[科普中國(guó)]-從丟掉葉片和根說(shuō)起—南方菟絲子

我是一種獨(dú)特的植物，我沒(méi)有葉片，也沒(méi)有根，我靠吸收其它植物的水分和營(yíng)養(yǎng)生活。我叫南方菟絲子。

我還是一粒種子。當(dāng)雨水浸透土壤，我吮吸著甘甜的雨露，身體慢慢膨脹，直到厚厚的種皮被我頂破。透過(guò)土壤，我依稀能看到外面的光亮了。

幾天后，我終于破土而出，這個(gè)時(shí)候的我和許多普通植物幼苗都不同。我沒(méi)有子葉（也就是種子剛萌發(fā)出來(lái)的時(shí)候，頂部?jī)善⌒〉木G色的“葉片”），也沒(méi)有真正的根，只是一根黃白色的、半透明的絲狀體。我的幼苗上部分開始慢慢地像揮舞馬鞭那樣不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，向遠(yuǎn)處探尋，尋找寄主——那棵能為我的生存提供營(yíng)養(yǎng)的植物。

剛剛出土的菟絲子。

與普通種子萌發(fā)不同，菟絲子幼苗出土?xí)r沒(méi)有子葉。

尋找寄主拼的不僅是實(shí)力，還有運(yùn)氣。我的體內(nèi)存儲(chǔ)的營(yíng)養(yǎng)非常有限，我必須在營(yíng)養(yǎng)和能量耗干之前找到寄主，否則就會(huì)死去。事實(shí)上，在一周到兩周內(nèi)找到寄主的幸運(yùn)兒，只是很少一部分罷了。我想，這就是我們菟絲子產(chǎn)生很多種子的原因吧！

我是個(gè)幸運(yùn)兒，沒(méi)花很多時(shí)間，就碰到了一棵臨近的大豆！我本能地先把自己纏繞到大豆的莖上，然后立即啟動(dòng)了寄生模式。我的身體很快發(fā)生變化，有的地方逐漸凸起，形成植物學(xué)家稱為“吸器”的組織。吸器開始插入寄主大豆的莖內(nèi)部，不斷長(zhǎng)大并分化出不同的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)和大豆的營(yíng)養(yǎng)、水分傳輸系統(tǒng)緊密地結(jié)合著。

哈哈！兩天后，我成功地完成了我的第一次入侵，開始從寄主得到營(yíng)養(yǎng)。

一周后，我的身體變得充盈、健壯，不斷舒展延伸。我不僅得到了水，得到了糖，還得到了氨基酸、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)。由于營(yíng)養(yǎng)源源不斷的供應(yīng)，我逐漸長(zhǎng)大，卻發(fā)現(xiàn)自己仍然與周圍植物相差很大。我沒(méi)有葉片也沒(méi)有根，只有藤蔓狀的莖！怎么回事？我竟然缺少了一般認(rèn)為植物必須有的根和葉片！但植物學(xué)家說(shuō)，我依然還是一種高等植物。

（視頻：Dodder-1）

寄生完成后，菟絲子攀附在寄主植物上瘋狂地生長(zhǎng)。

其實(shí)，我們菟絲子并不孤單。除了菟絲子，世界上還有四千多種寄生植物，所有的寄生植物都全部或者部分依賴寄主生活。我們也有一個(gè)共同的特征，那就是所有的寄生植物都進(jìn)化出了吸器。所以，也不能說(shuō)吸器是我們菟絲子所特有的。

寄生植物對(duì)寄主的依賴程度不同，有的沒(méi)有寄主就不能生存（專性寄生植物，比如我們菟絲子），有的也可以自己獨(dú)立存活（兼性寄生植物）；有的不再具有光合能力（全寄生植物），而有些寄生植物仍可以進(jìn)行光合作用（半寄生植物）。

我的進(jìn)化歷史一直都是一個(gè)謎。以前植物學(xué)家讓我單獨(dú)成一個(gè)科，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)那是不對(duì)的，又把我放到旋花科。時(shí)至今日我才知道，原來(lái)紅薯、牽牛跟我還是比較近的親戚。而更多關(guān)于我演化歷程的信息，來(lái)源于不久以前基因組測(cè)序工程的完成。這項(xiàng)工程是中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的吳建強(qiáng)博士課題組完成的，順便提一下，我可是第一個(gè)被基因組測(cè)序的寄生植物哦！

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，我的基因組里面缺失了大量與葉片及根部功能相關(guān)的基因。于是他們提出一種假說(shuō)，認(rèn)為在很久以前，我們祖先并非這般模樣。他們有葉也有根，獨(dú)立自主地通過(guò)葉片光合作用合成糖分，通過(guò)根吸收土壤中的水分和礦質(zhì)元素。他們自由地生長(zhǎng)，是自養(yǎng)型的個(gè)體，卻在機(jī)緣巧合中通過(guò)某種未知的機(jī)制，進(jìn)化出了吸器。從那時(shí)起，自然界普通植物必須做的光合作用和吸取水分、營(yíng)養(yǎng)等工作，對(duì)于我們就不太重要了，我們直接就可以用吸器從寄主植物里面獲取。

因此，我們的根和葉片就逐漸退化消失了。這些重要器官的發(fā)育和生長(zhǎng)是由很多基因控制的，我的祖先不斷的把這些基因丟掉、丟掉，到我這里已然所剩不多。也正因如此，才造成我今日的不同。至于吸器是怎么進(jìn)化來(lái)的，目前還沒(méi)有結(jié)論，但科學(xué)家們根據(jù)研究結(jié)果提出，吸器的產(chǎn)生可能與根相關(guān)。

寄生模型示意圖

一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，我很少生病，吃我們的蟲子也不多。難道我對(duì)病蟲害有免疫嗎？其實(shí)不是這樣的，研究發(fā)現(xiàn)我的基因組里面抗病和抗蟲的基因非常少，是祖先們把病蟲害響應(yīng)的基因丟掉了。較為可信的解釋是，我們都沒(méi)有了葉片和根，失去了這些容易發(fā)生病蟲害的器官，就難以得病了，所以還保留那么多抗病的基因干什么呢？都丟掉吧！

還有一個(gè)讓人們大跌眼鏡的事情是，我的基因組里面還丟失了很多與控制開花時(shí)間相關(guān)的基因。普通的植物有一套非常嚴(yán)密的基因網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)感受溫度、光照等外界因素來(lái)控制自己什么時(shí)候開花，這樣才有了一年四季不同植物在不同時(shí)間開花的景象。很有可能我的開花時(shí)間的調(diào)控和普通植物也是非常不同的。怎么不同，為什么不同？我還是等待科學(xué)家們揭開這些事情的謎底吧。

我得感謝科學(xué)家們，幫我們解開了這么多的秘密。不過(guò)，我的小小的身體里面還藏有很多有趣的故事呢，真期待科學(xué)家們幫我揭曉更多的答案！