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千變萬化果實顏色 訴說著植物傳播“喜好”

2019年03月28日 14:00 來源:科技日報 參與互動 

  千變萬化果實顏色 訴說著植物傳播“喜好”

  為什么水果的顏色如此多變?果實的顏色中,又暗藏著哪些不為人知的秘密?

  近日,國際著名期刊《全球生態和生物地理學》在線發表了一篇來自中科院昆明植物研究所東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室和中國西南野生生物種質資源庫研究團隊的成果,他們從系統發育分析方面揭示了果實顏色演化、生物地理學和多樣性之間的關系,從而揭開了植物鮮為人知的一面。

  顏色進化受食果鳥取食偏好影響

  果實是植物界進化到高級階段的產物,是被子植物特有的繁殖器官,同時也是被子植物為繁衍自己與食果者互惠共贏的公平手段,也推動了人類文明從漁獵走向農耕。對果實多樣性開展研究,特別是明晰果實顏色為何如此豐富多變,一直是植物學和生態學領域關注的熱點。

  此前,中科院西雙版納熱帶植物園的科研人員通過使用紅、黑、黃、藍、綠5種顏色的人工果實和相同顏色的自然果實,對有野外捕獲經驗、主要以果實為食的紅耳鵯、白喉紅臀鵯、黑冠黃鵯、藍喉擬啄木鳥4種鳥類,和人工飼養長大無野外捕食經驗的同種食果鳥進行取食選擇實驗,驗證取食選擇與果實顏色的相互關系。

  結果表明,所有的食果鳥都喜好紅色的人工果實;野外捕獲的有經驗食果鳥喜好紅色和黑色自然果實;人工飼養的無經驗同種食果鳥喜好黑色自然果實,之后才是紅色;所有的鳥類都不喜好自然或者人工綠色果實。研究認為食果鳥的取食偏好,或許是果實顏色進化的一個驅動因素。

  分析了280余種白珠樹族果實

  其實,在植物演化的歷程中,果實又何嘗不是攜帶著植物好奇而走向未知疆域的“嫦娥號”呢?

  中國科學院昆明植物研究所植物多樣性與基因組學團隊李德銖研究員和植物多樣性演化與生態適應團隊王紅研究員所領導的小組,通過與美國亞利桑那大學進化與生態學系、美國德克薩斯植物研究所等機構合作,對環太平洋分布的單系類群杜鵑花科白珠樹族280余種果實顏色類型開展了演化機制研究。

  研究團隊通過多種進化生態學和生物地理學方法與技術路徑,解析了白珠樹族果實顏色類型、歷史擴散頻次、海拔和緯度等地理分布、物種分化速率四者的關系,并量化了這四個變量相互之間的影響比例。

  研究發現,不同果實顏色與歷史擴散頻次、地理分布、物種分化速率具有不同程度的顯著相關性。具有紅色果實的譜系多分布在高緯度和低海拔地區,其物種數量少,物種分化速率較低,但歷史擴散頻次較高,更容易進行遠距離傳播;而具有藍紫色果實的譜系,則多分布在低緯度和高海拔地區,其歷史擴散頻率較低,但物種數量多,物種分化速率較高,更趨向于在低緯度特別是熱帶山地就地物種分化。

  驗證威爾遜“物種循環”假說

  果實初結時,葉綠素占主要優勢,大都呈綠色。逐漸生長時,植物自身會放出催熟激素——乙烯,來促進植物成熟。乙烯除催熟外,還能促使果實合成更多的類葉色素,較強的太陽光也能幫助類葉色素合成,因此太陽光照的一面果實往往會變紅。最后,葉綠素停止合成,呈黃色的類葉色素占了主要成分,果實就馬上變成黃色了。至于水果最后都會變成褐色、黑色,是因為果實中含有一種叫多元酚的物質,它在氧化酶催化下被空氣中的氧氣氧化成褐色和黑色的醌類化合物。

  研究人員利用系統發育學、進化生態學、生物地理學的綜合方法,首次在一個單系類群中,揭示了果實顏色的演化規律和生態功能分化,并將果實顏色對擴散、地理分布、物種分化速率三者的影響進行了量化,解析了該類群的環太平洋分布格局成因。

  同時,從果實顏色演化的角度,驗證了由美國著名博物學家威爾遜于1961年提出的“物種循環”假說,亦即物種分布區存在“擴張—收縮—新擴張”。此前人們對這一假說存在很大爭議,這項最新研究從與擴散事件相關的果實顏色上、在植物類群上為“物種循環”這種大尺度地理分布格局的形成方式找到了關鍵證據。

【編輯:陳海峰】
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