有着“世界屋脊”之称的青藏高原,平均海拔在4000米以上,是地球上海拔最高的高原。就是在这样一块神奇的土地上,有着世界上最丰富的高山植物区系和大量的特有植物类群。
青藏高原是植物多样性“进化的摇篮”,这里拥有超过12000种维管束植物,其中,特有种子植物约3800种。在这些特有种子植物中,70%以上均为草本植物。
青藏高原景观
高原上靓丽的龙胆家族
在青藏高原众多的草本植物中,龙胆科龙胆属(Gentiana)植物绝对算得上是高原上的最靓丽的物种之一。龙胆属是龙胆科最丰富的物种之一,全球大约有400种。在青藏高原上,龙胆属植物超过100种,中国约一半的龙胆属植物都能在这里被找到。
龙胆属植物的全球分布(图片来源:www.gbif.org)
在《本草纲目》中,龙胆被描述为“叶似龙葵,味苦如胆,因以为名”。在青藏高原地区,龙胆属植物几乎随处可见,但它们的叶片却不似龙葵了,它们拥有了更为多样的形态。
龙胆属植物的身影出现在高原的各种生境中,高山草甸、灌丛中、沼泽湿地、甚至高山流石滩上都能发现它们。尽管高原上的龙胆属植物大多较为矮小,但它们的花朵却形态优雅美妙,颜色清新怡人。或蓝或白的花儿绽放时,为青藏高原增添了一份神秘的烂漫,惊艳了时光。
矮龙胆 G. wardii(摄影:张亚洲)
大花龙胆 G. szechenyii (摄影:张亚洲)
露萼龙胆G. wardii var. Emergens (摄影:张亚洲)
乌奴龙胆 G. urnula(摄影:张亚洲)
叶萼龙胆 G. phyllocalyx(摄影:张亚洲)
舞蹈精灵——“含羞”龙胆
青藏高原的龙胆家族中有一群龙胆精灵,它们在高原上毫不起眼,然而,近些年来却逐渐走进了植物学家的视野,成为了科学家们的研究“新宠”。
这群精灵由于花朵被触碰后,具有会“跳舞”的特性,有望在不久的将来华丽转身,成为青藏高原上的“网红打卡”植物。它们就是龙胆属中的舞蹈仙女——假水生龙胆(G. pseudoaquatica)。因其花朵如含羞草一般,被外界触碰后,会迅速收缩,因此,又被称为青藏高原上的“含羞花”。
假水生龙胆(白花型)花瓣的“舞蹈”
假水生龙胆是一年生草本,株高只有3-5厘米,广泛分布在西藏、青海、新疆、甘肃、内蒙古等地,多生长在河滩、水沟边、山坡草地、山谷潮湿地、沼泽草甸等环境中。
假水生龙胆在高原草甸中非多见,但却名不见经传,直到2021年最后一天,才被人们重新认知。科学家们通过实验研究发现,假水生龙胆具有“跳舞”的天赋,并对科研成果进行了宣传报道。
由于植物常常以固着的静止姿态展现,所以植物的快速运动素来被科学家和自然爱好者所关注。正好假水生龙胆的花瓣具有这样的运动特性,它就像“仙女”的裙摆一样,可以快速打开和闭合。
研究人员发现假水生龙胆的花冠被机械性触碰后,会在7-210秒的时间范围内迅速收缩,形成紧实的花苞状态。并通过统计还发现触碰花瓣平均闭合时间约为29秒,最短闭合时间仅7秒,堪称为世界上闭合速度最快的花了。
假水生龙胆的花冠并不是永久闭合的,一段时间后还可以再次开放,如果再次触碰,花冠还会再次闭合。在青藏高原观测地,研究人员还发现了另外几种形态非常相似的龙胆(西域龙胆和新疆龙胆)也有花瓣触敏闭合的现象。
假水生龙胆的花冠触敏特性
在自然状态下,有哪些外界因素可以触碰花瓣呢?为什么触碰能导致假水生龙胆花瓣的闭合呢?
研究人员通过定点观测,发现可能的外界因素主要有风、动物啃食以及昆虫访花这三种情况。然而,由于假水生龙胆个体很小,几乎是贴着地面生长,自然风不能干扰到花瓣,并以吹气、摇扇子、打气筒等形式进行人工模拟大风,发现也都不能触发花朵闭合。通过对牛羊吃草的观测也发现,牛羊啃食时的呼吸也并没有造成花朵闭合,而且由于假水生龙胆的贴地生长,牛羊吃草时也很少能够啃食到。
假水生龙胆生长环境
通过进一步对访花昆虫进行观测,发现有许多的昆虫都有访花的现象。在对西域龙胆(G. clarkei)的一次观测中,研究人员发现了一种熊蜂特殊的访花现象。
这种熊蜂非常狡猾,由于体型较大,采蜜时不能像其他昆虫那样将头或者身体直接伸进花房,而是将头瞄准了花冠筒外侧的基部,在花上扎一个洞,盗取花蜜。
熊蜂从西域龙胆花冠冠筒外侧盗取花蜜
熊蜂这种“非法”的采蜜方式,会对花带来巨大的损伤,甚至破坏子房,影响龙胆的结实和繁殖。在观测区域统计发现,熊蜂采蜜后98.8%的龙胆属植物会关闭花瓣,而闭合后的花朵可以有效避免被熊蜂再次访问。
假水生龙胆花瓣的触敏闭合现象,在目前看来,躲避“不法分子”只是其中一个原因,但是其他昆虫的到访时也偶有闭合现象,花朵是如何感知这些触感?如何传递触感信号?又是如何“运动”的?还有更多的未知等待着科学家去发现和解释。
精灵“舞动”——生命的赞歌
假水生龙胆花瓣的触敏闭合现象,在植物学中被称为花瓣运动现象。花瓣运动是植物适应性进化的结果,我们现在看到的现象就是它在展示的生存智慧。植物花瓣的运动,一个最主要的原因就是自我保护,让自己有机会完成生存和繁殖的使命。
如果要给假水生龙胆的这个“舞蹈”配一个背景音乐,那一定是一首关于生命的赞歌,而那些访花的昆虫们就可能是这乐章的演奏者。
龙胆花朵赞歌的“演奏者”们
花瓣的运动多为植物适应环境的生存策略。一种策略是花瓣的暂时性闭合,当植物遇到外界环境的诱导,如温度、光照、水分、传粉者等,使得花瓣细胞中可逆的离子积累、花瓣细胞的失水或补水、花瓣两侧细胞的差异性生长等。
如青藏高原上的龙胆属的麻花艽(G. straminea),在晴天和温度较高的阴天时,花瓣的内表面会迅速增长,而外表面则不会,此时,花开放,可以吸引昆虫进行传粉。但在温度较低的阴雨和夜间时,外表面生长得更快,此时花就会闭合,就可以保护雄蕊或柱头上的花粉粒,减少低温导致的损伤,提高繁殖效率。
在自然界,除了龙胆属植物外,银莲花属、多榔菊属、金盏花属、铁筷子属等植物也都有这样的生存策略。
麻花艽G. straminea(摄影:张亚洲)
花瓣的运动的另一种方式是花瓣永久性闭合,这种闭合是由于花瓣特定区域的细胞死亡导致的,是不可逆的。自然界中很多植物在完成授粉后就呈现会花瓣永久性闭合,而花瓣的这种自我牺牲,也是为了节省植株能量,将更多的能量用于种子的生长。
每一次龙胆精灵裙摆的起舞,既是对环境的呐喊,更是对生命的歌颂。
近几年,随着龙胆属植物的药用和观赏价值不断被发现,市场需求量逐年增加,野生资源由于过度采挖而逐渐减少。
在此,我们呼吁前往青藏高原游玩的朋友们,文明游玩,不要采挖高原龙胆属以及其他野生植物,植物本不需要人类,青藏高原才是这群精灵最好的舞台。
注:文中除特别注明图片来源外,其它视频及照片均来自作者及作者参与的论文。