传粉昆虫促使植物快速趋异演化

陈华燕

大多数（87.5%）开花植物是依靠昆虫或其它动物传粉以维持植物种群的繁衍。因此，传粉动物在生态系统正常运作和为人类提供营养物质方面扮演着本质性的角色。早至达尔文，生物学家就发现，传粉动物不仅可以为植物传粉，还可以促使植物多样性的演化。然而，植物是如何根据不同传粉动物做出演化反应以及演化的速度是怎样的，科学家仍知之甚少。传统的设想是，生物的演化是个缓慢的过程，例如，从人属的出现到智人（现代人）的出现经历了220万年的演化。近日，来自瑞士苏黎世大学（University of Zurich）的进化生物学家Daniel D. L. Gervasi和Florian P. Schiestl发表在Nature Communication上的一篇文章揭示：传粉昆虫可以在短期内加速野芥菜（Brassica rapa，油菜的近亲）的进化，而且进化的方向取决于传粉昆虫的种类（图1）；仅经过短短9代，与食蚜蝇（图2）相比，由熊蜂（图3）传粉的野芥菜植株长得更大，花有更多的芳香气味（http://www.nature.com/articles/ncomms14691）。

研究人员用野芥菜设置了3组实验：第1组由熊蜂传粉；第2组由食蚜蝇传粉；第3组为对照组，人工传粉。3组实验各进行了9代后，研究人员测量了植物的一些表型性状，如植株的大小，花瓣反射紫外光（蜜蜂看到花的样子）的面积和每朵花释放芳香气味的量等。结果发现，由熊蜂传粉的植株个体更大，有反射更多紫外光的花更多，而且花朵释放更多的芳香气味；而由食蚜蝇传粉的植株个体更小，花朵释放的芳香气味更少，而且自花受粉的情况更多。研究人员认为，在这项研究中，野芥菜向不同方向进化的机制是由传粉昆虫对植物的喜好性决定的。在实验的后期，与由食蚜蝇传粉的实验组野芥菜花相比，熊蜂更偏好访问由熊蜂传粉的实验组野芥菜花，说明野芥菜已经演化出适应熊蜂的偏好。而食蚜蝇传粉的效率低，促使该实验组的野芥菜自花受粉的情况增加，以适应食蚜蝇传粉的不足。这项研究发现，仅仅9代，传粉昆虫就对植物对性状产生了巨大的影响。这使得研究人员推断，在自然的环境条件下，传粉昆虫的组成发生小的变化有可能引发植物快速的演化。这种现象在当前的情况下可能会更加激烈，因为已有大量研究表明，由于杀虫剂的大量使用和自然生境的破坏，一些传粉昆虫的数量正在减少。传粉昆虫的不足可能可以导致植物演化出更多的自花受粉和具更弱芳香气味的花。长此以往，这将会降低植物种群的遗传多样性并且使得植物更易感病。

前不久，有工程师研制出传粉飞行器，欲用飞行器代替传粉昆虫，以解决传粉昆虫种群消失的问题。我个人欣赏任何形式的创新，但并不看好用飞行器替代传粉昆虫的想法。植物与传粉昆虫已经相互适应演化了千百万年，传粉的复杂性远非工程师的想象。而且从本文介绍的研究结果来看，植物的演化对传粉者的变化是非常敏感的，用飞行器替代传粉昆虫将可能对植物的演化产生灾难性的后果。个人觉得，目前的研究更应该是回归自然，向自然寻求保护传粉昆虫和植物的方法。

图1. 由不同传粉昆虫传粉培育的野芥菜。左图为由熊蜂传粉，右图为食蚜蝇传粉，左边的植株明显比右边的大。（引自http://www.media.uzh.ch/en/Press-Releases/2017/Pollinator-insects.html）

图2. 食蚜蝇

图3. 熊蜂给野芥菜传粉。（引自http://www.media.uzh.ch/en/Press-Releases/2017/Pollinator-insects.html）