食虫植物捕虫机构与进化之谜

早在一个多世纪以前，食虫植物就以它奇妙的捕虫机构和适应方式，博得进化论的创立者，英国著名博物学家达尔文的青睐，被视为进化过程中巧夺天工的范例。事实上，达尔文也是研究食虫植物生理学和行为学的鼻祖，他在1875年问世的经典著作《食虫植物》中，详细描述和解释了许多有趣的现象：用蒸馏水滴在茅膏莱的叶面上，腺毛不发生弯曲，用糖水试验的结果也相同，但把含氮化合物溶液滴在叶面上，腺毛迅速弯向刺激物。用砂粒或玻璃屑放在捕虫的叶上，叶片不卷裹，也不分泌消化液，但改用鸡蛋或肉末，叶片则卷裹并分泌出消化液，说明腺体能被各种来源的氮化物所刺激。如果触动捕蝇草叶片中部的触发毛，两张叶片就会猛然关闭，其速度之快令人惊异。达尔文揣测，必有某种像动物神经中电脉冲一样的信号，由触发毛快速传递到内部的运动细胞，并引起运动细胞的迅速反应。然而，由于当时条件等因素的限制，达尔文无法对食虫植物捕虫机构运动和消化、吸收机制作出令人满意的解释。长期以来，食虫植物一直是科学家们疑惑不解而又致力研究的课题。

1979年，英国威尔士大学的爵斯洛普·哈里森研究员用放射性同位素碳14标记的海藻蛋白来喂养捕虫堇，以跟踪蛋白质在植物体内的运动和腺体的活动。通过放射自显影术发现：标记的最终消化物——氨基酸和肽随同消化液一起，仅需2～3小时就被回收到叶子里，在不到2小时就通过茎到达根部。他认为：捕虫一类的食虫植物的消化循环分为分泌和回收两个阶段，当腺体在被捕食饵的刺激下，细胞壁多糖迅速分解，由此产生的不溶性糖所形成的渗透压促使消化液外溢，液泡收缩甚至衰萎。当分泌终止时，内皮细胞质凝缩，细胞核凝固成块，产生不可逆变化而失控。消化产物和消化液是通过植株其他部分形成的扩散梯度而被腺体回收。这一见解在当时颇有说服力，但后来发现，有些食虫植物吸收各类物质的速度并不相同，如丙氨酸比磷酸盐离子快，而后者又比硫酸盐离子快。显然，食虫植物的消化吸收并不都遵循同一模式。前西德达姆施塔理工学院的勒特奇在他具独创性的试验中证明，像猪笼草一类的瓶状食虫植物，并不借助回收消化液来吸收消化产物，而是依靠由植物新陈代谢所提供能量驱动的，具有选择性吸收、特异性的“泵”来实现的。当新陈代谢过程被抑制时，这种运转就局部停止。这虽已被事实所证明，但勒特奇假设的理论并非无懈可击，迄今为止，人们还无法确定这种泵的确切位置，仅根据现象推测，可能在腺细胞膜内，也有可能在内皮细胞的膜内。(www.xing528.com)

1982年，前西德海德耳堡大学的植物生理学家博普和韦伯经过反复试验，试图解释卷叶运动的机制。他们用小块干乳酪放在茅膏菜的叶上3～4.5小时后，叶子就慢慢卷曲，乳酪块越大，叶子运动就越剧烈。当在乳酪里加入20微升，1毫克分子浓度的3—吲哚乙酸（IAA）后，这种弯曲运动就会大大加快。而把IAA单独施用于叶子的任何部位时，都能引起酷似乳酪的作用。博普和韦伯认为：茅膏菜叶片的弯曲与其体内IAA激素有关。用2，3，5—三碘苯甲酸阻碍IAA的代谢和运输的实验表明，乳酪会激发叶片顶部IAA贮存库，流出大量的IAA，使得叶子向乳酪一边不对称地迅速生长，从而产生弯曲运动。事实和观点虽然无可非议，但却难以用来解释捕蝇草在触发毛受有效刺激时，能在1/30秒时间内迅速关闭的现象。英国伦敦大学著名的医学生理学家布东一桑德逊曾对皇家植物园中这种神奇植物的电特性进行过仔细的研究。他在捕蝇草叶面上记录到明晰、精确的电脉冲，并声称这种电信号能协调捕蝇草的运动方式。布东一桑德逊的惊人研究结果很快被他人所证实。加拿大渥太华卡林登大学的昆虫生理学家雅可布森在刺激捕蝇草时，发现触发毛内具非常不规则的电干扰，似乎是这些“感受器”电位把机械撞击转换为电码，再由后者激发出动作电位。他确信：电活动在感觉和控制捕蝇草的运动中，均起重要的作用。然而，这种观点遭到了猛烈的抨击，因为至少就目前的科学认识水平而言，植物并不具有任何专门的神经组织。实际上，电信号也只是经外表普通的细胞传导而已，且传导速度缓慢，每秒只达20毫米，与高等动物神经中每秒可传导几千毫米根本无法比拟，足以证明电活动在植物中并不是重要的。科学家预言，一旦掌握了食虫植物的真正秘密，就可能培育出能生长在贫荒芜之地，本身具有安全有效的“杀虫剂”，兼之能自动补充动物性营养，又可为人类所利用的超级植物。而这种科学假定的实现并不会是十分遥远的幻想。