|
# ~9 ~. c' |& z
这张彩色共聚焦显微镜图像展示的是，一个等足目动物的身体覆盖在红藻类（江蓠）的生殖细胞上。新研究表明，这些动物在藻类的精子周围传播，有效地为它们授粉。摄影：SEBASTIEN COLIN / MAX PLANCK INSTITUTE FOR BIOLOGY / ROSCOFF BIOLOGICAL STATION / CNRS / SU : x. C0 v$ T% A5 T* Q! H: P
! M. N5 |0 C- D! u" v $ z# m0 [! e" ~8 p- e# H, @
 - _* Q. Y+ |& K m$ U
* J' X8 \- o3 W$ d
2 ^7 u, ~! I0 u; P6 b0 ?
撰文：LINA ZELDOVICH
: N: F }( R g, {; E 大约十年前，墨西哥国立自治大学研究海洋蠕虫的海洋生物学家Vivianne Solis-Weiss与一位研究海草的同事交谈。海草是一种在海洋中生长的开花植物。 3 C( x% g$ T3 P! v, ?
“每次我们采集花朵的时候，都能看到这些小动物，”她的同事说。他们都想知道为什么这些小蠕虫和小虾类甲壳动物会聚集在那里。它们会不会是在给植物授粉？会不会是一种类似蜜蜂和蝴蝶的海洋生物? % K5 S* m' S* D
Solis-Weiss和她的同事假设，这些生物可能确实在海洋授粉中发挥了作用，并在一项研究中概述了他们的想法，该研究于2012年发表在Inter-Research Science Publisher期刊上。
l; I! ^* w% O- _ W$ a' h" V, R# d 一只等足类动物爬上一小片红藻类植物，已有证据表明它可以授粉。摄影：WILFRIED THOMAS / ROSCOFF BIOLOGICAL STATION / SU / CNRS : x7 j/ c S3 t' K% L) v4 m
5 Z9 m+ Q% a6 |. M. b
! @! V$ \' T6 O 
1 D: y9 a8 T( B; v6 D
- i' X2 B5 q/ V7 I" d0 E
/ b7 L& e( k5 I: c “第一篇论文很难发表，因为没有人会相信我们，”她回忆道。 ! h# H2 _1 n" q! S2 U
传粉者在地球上的作用是众所周知的。成千上万的开花物种依靠动物和昆虫繁殖。植物提供花蜜或食物，传粉者促进植物的有性繁殖。但直到最近，它还被认为是一种只存在于陆地上的现象，在海洋中不存在。
, y3 ]9 ~7 G: | 法国索邦大学罗斯科夫海洋站的海洋生物学家Emma Lavaut说:“有一种观点认为，在海洋环境中，所有的受精都是通过水的运动完成的。”Lavaut研究的是一种生长在沿海岩池中的海藻，通常被称为红藻。事实上，许多雄性和雌性海洋生物会将它们的卵子和精子释放到水中，让水流混合并使它们受精。
! K& K6 j6 u! G. Z 然而，在过去的几年里，新的证据表明，海洋有自己的传粉者。这些生物好比“海里的蜜蜂”，可能比我们想象的更常见。随着科学家对它们的共生关系了解得越来越多，人们对所有相关生物——藻类、植物、昆虫和甲壳类动物——进化的看法也随之改变，也凸显了这些互利关系的复杂性。
; L! E6 g4 b _7 D( F9 M) O" T* t 草和海藻之谜
' V" |9 C. J! M! B; h- f5 u 为了证明他们的假设， Solis-Weiss的团队在海岸和水族馆建立了Thalassia testudinum（俗称鳖草）的研究田，用照片和视频捕捉授粉过程。每到日落时分，当T. testudinum的雄性花朵开放时，蠕虫和其他无脊椎动物就会成群结队地聚集在其中，并将自己覆盖在花粉里。 1 l$ M- }) q; o! P1 L( b
“我们做了实验，证明它们会去雄性花朵中觅食，将花粉粘在它们身上，然后去雌性花朵中，再把花粉留在那里，” Solis-Weiss说。2016年，该团队在《自然》杂志上发表了这些发现，以及海洋蠕虫被花粉覆盖的图片，这是有史以来第一个证明海洋中授粉的研究。 0 T, o) V: o( X6 Q& n5 q
Lavaut在撰写关于G. gracilis这种海洋植物的生殖奥秘的博士论文时，也观察到了类似的现象。雌性藻类不像其他海洋生物那样把卵喷到波浪中，而是把它们保存在被称为叶状体的漏斗状细丝中。雄性藻类释放精子，但这些小细胞没有尾巴可以游到雌虫身边并进入细丝内部。
% H8 e, s8 p) S# v3 j- D# N 这种看似不利的情况并不影响海藻的繁殖成功：红藻所属的类群大约在10亿年前就进化出来了。拉沃和她的顾问、法国国家科学研究中心的人口遗传学家Myriam Valero想要了解这些生物是如何繁殖的。 % L# A4 X2 U& ]7 n! w( t4 ]5 n
多年来，瓦莱罗对欧洲各地潮汐池中的藻类进行了研究，他注意到大多数受精都发生在低潮时，那时几乎没有水。当时，一群被称为Idotea balthica的小等足类动物在藻类中游动。Idotea balthica是一种甲壳类动物，看起来像是虾，又有点像虫。瓦莱罗和她的团队想知道，它们是否会将自己身体上的精子运送出去。 - S1 c. g" I2 W1 M5 p$ w8 K
为了验证这一想法，研究小组使用了从未受精过的G. gracilis，它没有任何被称为囊果的生殖结构。科学家们将雄性和雌性G. gracilis放置在多个水族箱中，在其中一些水族箱中添加了20种甲壳类动物，其他一些作为对照组不添加。当囊果发育时，有甲壳类动物水族箱的囊果数量是没有甲壳类动物的20倍。
+ I4 B: g+ a, A# n; u3 M$ V Lavaut说:“我对有更多植物受精这一事实感到很惊讶。”研究小组还收集了一些甲壳类动物，它们在水箱中与雄藻一起游动了一段时间，然后将它们释放到有处女雌藻一起的水箱中，这也增加了囊果的数量。在显微镜下，这些等足类动物就像Solis-Weiss研究中的海洋蠕虫一样布满了微小的精子斑点。Lavaut的研究小组于7月28日在《科学》杂志上报告了他们的发现。 + B* p5 P; |2 g
在这种情况下，两种生物互相帮助。藻类为等足类动物提供庇护，但同时也以藻类生物膜的形式为其提供食物，也有助于红藻进行光合作用。 & }3 f/ `4 {& b9 G
“如果有太多生物膜生长，红藻就会开始死亡，”Lavaut说——而等足类动物有助于保持它的清洁。 7 X `' ?( t8 U$ E
古老的根源 - E: c$ u q3 F% y! u( n
然而，尽管两个研究小组描述的现象看似相似，但进化生物学家和授粉生态学家指出，这两个研究有很大的不同。 0 p, z% ?- ^0 o4 o. }8 u! d- d
海藻和海草听起来可能很相似，但它们是两种非常不同的生物，有着不同的进化轨迹。中国科学院昆明植物研究所研究授粉的生态学家Jeff Olerton说，海草只有大约1.3亿年的历史。他没有参与上述两项研究。
5 o6 Y% _. y# @ 海草由回归海洋的陆生植物进化而来，但仍保留了一些陆地特征，比如开花。而且，显然，依靠动物授粉。
0 ]& g, w$ ?0 M2 H, C7 p# ] “看到他们如何在水中找到不同种类的动物来取代蜜蜂和蝴蝶，这是非常有趣的，”索利斯-维斯说——她指的是比喻，而不是字面意义上的。 6 w" y! D/ K2 F3 M! Y
Olerton解释说，相比之下，海藻只是植物的远亲，既不是植物也不是动物，而是藻类。它们是种古老的生物，在植物离开海洋并开始在陆地上生长之前进化了无数个世纪。昆明研究所的植物学家和授粉生态学家Ren说，这意味着授粉这种现象的出现可能早于植物。 + E$ U0 H/ I9 w6 ]) u
“这一发现完全改变了我们对授粉的看法，”他说。“我们甚至可能重新定义授粉是什么。”
) Y- L Z9 o& L, _$ G. s! S 拯救等足类动物 9 d5 C# q% C3 M4 N& ?1 y8 k
这一发现让Ren和Olerton写了一篇观点论文——授粉在植物出现之前就存在了吗？文章中，他们思考了动物和光合作用生物之间这种互惠关系的重要性，这种关系可以追溯到比想象中更早的进化史。 8 N M0 N9 ~1 v& b* j& v
物种之间的这种关系使生态系统得以运行，“了解这种相互作用何时开始，会大大增加我们对原始生物多样性的理解，”Ren说。
0 n, X' y6 A: G' D 他补充说:“我们对世界知之甚少，对陆地上发生的事情知之甚少，对水里发生的事情就更少了。”“这篇论文也只是冰山一角。” % {3 l. n' a3 ?
这项新研究表明，动物与水生植物和藻类之间的重要、且从前未知的关系可能会使它们更脆弱。以红藻为例，大多数授粉发生在浅潮池中，在那里，动物和它们授粉的动物之间微妙的“舞蹈”可能会被污染、气候变化和发展所破坏。 # R0 L. u$ q/ F& n3 I
在陆地上，蜜蜂受到杀虫剂和其他毒素的威胁，其中很多都被冲进了大海。海洋中的蜜蜂会不会有一天也面临同样的危险?在他的博客上，Olerton对这种可能性提出了警告。 2 O0 `* c8 w9 `7 N5 _% {% e8 ?
“就像‘拯救蜜蜂’呼吁保护陆地上物种间的相互作用一样，”他写道，“我们可能很快就会听到‘拯救等足类动物’这种口号。” 3 o* H4 j, o3 Z+ N, j$ j
展望未来，研究人员很想看看是否能在自然界中找到更多授粉的例子——他们觉得可能还会有。
0 M5 t3 g) n& k% o& q: i Olerton和Ren写道:“毫无疑问，还有更多启示在等待人们仔细观察。”
" ]: @ _6 w9 u( ]) J6 ~) r1 L P （译者：张淏然） % ?0 D) d. R7 d1 n% R
9 I, L$ T4 P6 Z4 t6 R- K
2 q' w" U' v/ Z$ o+ |0 G1 s: w8 B$ e; N0 {( U4 n, p& u4 w0 w% X+ z
( k+ q+ S, X. L2 D; r' M8 v2 |
& {: V- }9 v/ I2 W3 u' N+ z2 e& H& r
| 
