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花开为了谁 —— 大彗星兰的故事
热度 11 saraca 2015-1-29 12:51
图1：芳香洁白的大慧星兰，生长在马达加斯加岛上的石壁或树干上，喜欢温暖潮湿的热带雨林。令人惊异的是，其长长的花距足有三四十厘米之长，曾让达尔文费解。 千姿百态的植物世界，多姿多彩的花朵，惟妙惟肖的花型，色彩斑斓的花色，或浓或淡的花香。花开时，如此相宜的淡妆浓抹，究竟是为了谁呢？ 诗人席慕容在《一棵开花的树》里款款深情地写道： “如何让你遇见我 在我最美丽的时刻 为这 我已在佛前求了五百年 ……” 如此看来，诗人的眼睛里，一棵树开花只为了遇到自己最心仪的梦中人。那么，对于植物学家来说，植物开花到底是为了谁呢？且容我一一说来。 达尔文猜想 众所周知，数学界里有个闻名于世的数学难题 —— “哥德巴赫猜想”。这是德国数学家哥德巴赫于 1742 年提出的一个关于素数的科学问题，即“任何一个偶数均可表示两个素数之和”，简称“ 1 ＋ 1 ”。哥德巴赫猜想看似简单，要证明它却委实不易， 200 多年来，世界上有多少数学家都痴迷于证明这个猜想。 有趣的是，在植物传粉生物学中，也有一个类似的科学猜想，我们姑且称之为“达尔文猜想”。达尔文在《兰科植物的受精》一书中，详细地描述了许多结构独特的兰花是如何巧妙地吸引昆虫，为其传粉受精，实现“传宗接代”的目的。一天，当他打开刚收到的包裹时，不由地惊呆了。这包裹里有一份来自马达加斯加的兰花，叫大彗星兰。它拥有 6 枚辐射状的白色花被，呈星状。最令人诧异的是，其唇瓣拖着一条一条又长又细的花距，约有 30 厘米长。当时，长期致力于自然选择进化研究的达尔文不由自主地想：“天知道是什么样的虫子才能取食到花距末端的花蜜呢？”紧接着，通过一系列模拟实验，达尔文做出了一个大胆的猜想：“在马达加斯加岛上一定生活着一种口器（喙）很长的蛾子，其口器一定很长，足以够得到藏在花距末端的花蜜。” 对于这样一个猜想，虽然遭到当时昆虫学家们的质疑，但得到了同行华莱士的有力支持。独立提出过自然选择学说的华莱士曾测量过一种非洲天蛾的口器，足有 20 厘米长。他对达尔文的猜想坚信不疑，甚至颇有激情地鼓励那些到访马达加斯加岛的博物学家，建议他们抱着像天文学家寻找海王星一样的信念去观察，一定会找到达尔文所预测的长喙天蛾。果不其然， 1873 年，有博物学家在《自然》杂志上报道，说在巴西找到了喙长 25 厘米的天蛾。由此可见，长喙蛾子是存在的。到了 1903 年，有人报道了马达加斯加的一种巨型天蛾——斯芬克斯蛾，它几乎有一只小鸟那么大，喙长 30 厘米，双翼幅宽达 15 厘米。这种新发现的天蛾与华莱士在非洲观察到的蛾子属于同一个种下的不同的亚种，被命名为“ Xanthopan morganii ssp.praedicta ”。这样一个命名是非常恰当的，亚种“ ssp. ”后的拉丁语“ praedicta ”从词义上揭示了这种蛾子与达尔文的猜想密切相关，有人称之为“预测天蛾”。 从看到大彗星兰的第一眼，达尔文便天才般地预测了长喙天蛾的存在。接着，时隔 41 年后，有人发现了马达加斯加岛上的长喙天蛾的存在。从提出猜想到被验证，比起“哥德巴赫猜想”难题来说，过程要短得多。“达尔文猜想”被验证进一步佐证了自然选择进化论学说。由此，达尔文的进化论才会被恩格斯视为“ 19 世纪自然科学的三大发现之一”（其余两项是细胞学说与能量守恒定律）。 故事讲到这里，似乎可以告一段落了。然而，关于马达加斯加的天蛾和大彗星兰之间的浪漫故事依旧在继续着。 图3：彗星兰，神奇的名字，神奇的兰花。 兰花与天蛾 我们先来认识一下故事中神奇的大彗星兰。它是兰科植物的一员，属于大彗星兰属（ Angraecum ）。该属是一类生活于非洲热带地区和印度洋群岛的附生兰，喜欢生长在树干或石头上。它们拥有两列排列整齐的肉质带状叶片，就在这些叶腋里，有长长的花序从中伸出，相继吐露着一朵朵洁白芳香的花朵。这样一朵美丽的兰花，最令人瞩目的便是它宽厚的唇瓣基部向外延伸形成了一条又长又细的花距。其中，大彗星兰便是该属中花距较长的一种，被命名为“ Angraecum sesquipedale ”。属名 Angraecum 是马来西亚人对兰花的称呼，种加词 sesquipedale 为拉丁语复合，大意为“一点五尺”，稍微夸张地突出了大慧星兰的长距。 事实上，彗星兰这个名字也比较贴切。它反映了具有星状花被的彗星兰拖着一条长长的花距，就像天空中一闪而过，拖着长长慧尾的彗星。 彗星兰的花开为了谁，生出一个长长的花距又是为了谁？这样的科学问题达尔文早就提出过了，他的推测已被后人成功证实了。大彗星兰的长喙是为吸引马达加斯加特有的“预测天蛾”去取食花距末端的花蜜。当天蛾嗅着大彗星兰的甜蜜芳香，尽量伸长喙去吸取花蜜时，身体自然就会挤压在花朵上，成熟的花粉自然会沾到天蛾灰褐色毛茸茸的身体上。当天蛾在大彗星兰的花丛中乐此不疲地用长喙取食花蜜时，它已经在自觉或不自觉的情况下为大彗星兰进行了异花授粉，保证了大彗星兰生生不息的后代繁衍。 然而， 1903 年，科学家发现“预测天蛾”时，并没有观察到蛾子为大彗星兰传粉的现象。这是因为“预测天蛾”是夜行性动物，同时个体数量也较为稀少，很难观察到它的夜间活动行为。直到 1984 年，有传粉生物学家发现大彗星兰颇有自己的“生存智慧”。除了花朵硕大洁白，夜间香气更浓郁之外，大彗星兰还有另一项高超的生存本领。那就是，它竟然懂得把花期延长至几个星期，耐心地如猎人般“等候”着闻香前来的“猎物”——长喙天蛾。故大彗星兰作为一种奇花异卉，其长达几个星期的花期备受兰花爱好者青睐，已经有很多园艺品种。然而，直到 1992 年，科学家 Wasserthal 通过红外夜视仪，首次以拍照、摄像的方式记录了“预测天蛾”拜访大慧星兰的传粉活动。接下来的七八年，他一直致力于大慧星兰传粉生物学研究。到了 2004 年，有科学家将这一传粉过程制作成视频，共享到 Youtube 网络上。此时，距离达尔文的预测已经过了 143 年。至此，“达尔文猜想”似乎可以告一段落了。 享有“达尔文兰花”之称的大慧星兰归属于兰科彗星兰属，该属约有 150 种，主要分布于非洲热带地区和马达加斯加岛。令人颇感兴趣的是，长喙天蛾与彗星兰属的地理分布几乎重叠，似乎可以说有长喙天蛾出没的地方一定有彗星兰属植物的出现。 1965 年，植物学家波斯尔在马达加斯加发现了一种彗星兰（ A. longicalcar ）这种彗星兰的花距比大彗星兰的还要长 10 厘米，可以达 40 厘米。看到这样一个超长花距的彗星兰，美国昆虫学家 吉恩 • 克里茨基 颇为乐观地说，“新的探索又开始啦！在马达加斯加群岛至少还有比‘预测天蛾’的喙更长的天蛾种类。”这是真的吗？我们拭目以待，期待着那些具有“像天文学家寻找海王星一样的信念”的植物学家开始新的探索与发现。 图5：1997年德国科学家Wasserthal发表了关于长喙天蛾拜访大慧星兰的传粉生物学文章。 注：本文发表于2015年第1期《科学画报》，文中图片来自于网络。
个人分类: 认识植物|16589 次阅读|22 个评论
蜜蜂专家：吴燕如研究员，简历、学术成果
热度 1 zhuchaodong 2014-3-25 08:39
简历： 1956-1960 苏联科学院动物研究所 研究生 苏联科学院生物学副博士 1962-1979 中国科学院动物研究所助理研究员 1979-1987 中国科学院动物研究所副研究员 1987- 中国科学院动物研究所研究员 主要学术任职： 1980-1983 中国科学院动物研究所，昆虫分类室副主任 1983-1987 中国科学院动物研究所，昆虫分类室主任 1983- 中国科学院动物研究所，学术委员会委员 1985-1987 中国科学院动物研究所，学术委员会常委，分类学科组组长。 1986- “ 国际昆虫分类咨询委员会 ” 古北界远东区委员。 1987- 中国昆虫学会 “ 国际学术交流委员会委员 ” 、 “ 资源昆虫专业委员会 ” 负责人。 1990 被聘为 “ 第十九届国际昆虫学大会 ” “ 昆虫分类学科组 ” 主持人 . 1992-1996 中国养蜂学会理事； “ 第一届蜜沅与蜜蜂授粉专业委员会 ” 顾问。 1992- 动物所生物多样性专家组成员。 1992-1996 中国昆虫学会理事。 1997- 国际昆虫学会 “ 社会昆虫专业委员会 ” （ Social Insects ）委员。 主要科研奖项： 1984年 获国家科委颁发的 “ 为了表彰对保护国家生物资源做出贡献者 ” 奖 1986 年参与编著 ” 西藏昆虫 ” 获中科院重大科技进步特等奖 1990 年参与 ” 中华蜜蜂资源调查 ” ，获农业部科技进步三等奖 1992年 获国务院颁发 “ 为科学技术事业做出突出贡献 ” 政府特殊津贴 1995 年参与编著 ” 横断山区昆虫 ” ，获中科院自然科学一等奖 研究兴趣与学术贡献： 中国蜜蜂系统学与传粉生物学研究领域的开拓者。吴燕如研究员自 1956 年师从前苏联科学院动物研究所波波夫攻读副博士学位开始蜜蜂总科的系统学研究。她至今发表分类论文 120 余篇、 2 本 ” 中国动物志 ” 、 2 本 ” 中国经济昆虫志 ” 。主持、参与并完成三项 （ 内蒙苜蓿传粉蜜蜂、北方果树传粉蜜蜂、油茶传粉蜜蜂 ） 有关蜜蜂为农作物和果树传粉蜜蜂的种类、生物学特性和开发利用途径的研究项目。其中几种壁蜂已在北方果树地区推广，经济效益显著。蜜蜂系统学与传粉生物学的研究为蜜蜂与植物的协同进化的深入探讨提供了宝贵的资料。 目前，她尽管已经退休多年，仍然活跃在蜜蜂研究领域的第一线，对所在的研究组工作提供着许多宝贵建议与帮助。同时，她在动物研究所工作数十年积累了大量的资料、文献，并在动物所鉴定并保存了数百种蜜蜂标本及百余种模式标本，为研究组工作开展提供了坚实的基础。 发表论文： 吴燕如. 1959. 苏联两个地区蜜蜂总科区系研究的情况. 昆虫知识, 3: 108. 【PDF】 Wu Yan Ru. 1960. On the Nesting Habits and Polytrophism of Halictus maculates Sm. (Hymenoptera, Halictidae). Rev. Ent. URSS, XXXIX, 1: 70-76. 吴燕如. 1960. 苏联别尔格勒德地区巴里索夫卡豆科植物的传粉蜜蜂. 苏联科学院动物研究所生物学副博士论文.（俄文论文及中文译文由中国科学院及北京图书馆各保存一份, 导师：苏联科学院通讯院士 V. V. Popov.） 吴燕如. 1961. 云南生物考察报告 (蜜蜂总科 Apoidae I, 木蜂族 Xylocopini). 昆虫学报, 10(4-6): 499-504. 【PDF】 吴燕如. 1962. 云南生物考察报告(蜜蜂总科 Apoidae II, 切叶蜂科 Megachilidae, Anthidiini 族). 昆虫学报, 11(增刊): 161-171. 【PDF】 吴燕如. 1963. 云南生物考察报告(蜜蜂总科 III, 蜜蜂科 Apidae, Ceratinini族). 昆虫学报, 12(1): 83-92. 【PDF】 吴燕如. 1965. 中国宽痣蜂属 Macropis的研究及两新种记述(蜜蜂总科, 准蜂科 Melittidae). 昆虫学报, 14(6): 591-599. 【PDF】 吴燕如. 1965. 《中国经济昆虫志》, 第九册, 膜翅目, 蜜蜂总科. 北京: 科学出版社. 83页, 彩色图版1-7. 吴燕如. 1977. 油茶传粉蜜蜂的鉴别及地蜂属四个新种. 昆虫学报, 20(2): 199-204. 【PDF】 吴燕如. 1978. 中国准蜂科的研究及新种记述(膜翅目: 蜜蜂总科). 昆虫学报, 21(4): 419-428. 【PDF】 何俊华, 吴燕如. 1978. 姬蜂科, 32-48. 《天敌昆虫图册》. 北京: 科学出版社. 吴燕如. 1979. 中国迴条蜂属及长足条蜂属的新种记述(蜜蜂总科, 蜜蜂科). 昆虫学报, 22(3): 343-348. 【PDF】 吴燕如, 陈泰鲁, 廖定喜, 何俊华. 1979. 黑卵蜂六新种记述. 动物分类学报, 4(4): 392-398. 陈泰鲁, 吴燕如. 1979. 黄斑草毒蛾卵期天敌――黑卵蜂属一新种. 昆虫学报, 22(4): 471-472. 【PDF】 吴燕如. 1979. 膜翅目两种蜜蜂, 109-112. 《中国药用动物志》. 天津: 天津科技出版社. 吴燕如. 1979. 蜜蜂的学习与记忆(译自: Scientific American, 1978). 科学, 9: 47-55. 吴燕如, 陈泰鲁. 1980. 中国黑卵蜂属Aholcus亚属记述(膜翅目: 缘腹细缝科). 动物分类学报, 5(1): 79-84. 【PDF】 陈泰鲁, 吴燕如. 1980. 黑卵蜂属三新种(膜翅目: 缘腹细缝科). 动物分类学报, 5(4): 427-429. 【PDF】 陈泰鲁, 吴燕如. 1981. 松毛虫黑卵蜂记述(膜翅目: 缘腹细缝科). 动物学集刊, 1: 109-112. 【PDF】 吴燕如. 1982. 中国缨地缝亚属的研究及新种新亚种记述. 动物学集刊, 2: 63-66. 【PDF】 吴燕如. 1982. 中国木蜂属研究及新种记述(膜翅目: 蜜蜂总科). 动物学研究, 3(2): 193-200.　 【PDF】 吴燕如. 1982. 彩带蜂属一新亚属记述(蜜蜂总科, 隧蜂科). 动物学研究, 3(3): 275-279. 【PDF】 吴燕如. 1982. 我国常见的苜蓿传粉蜜蜂. 中国养蜂, 4: 22-23. 【PDF】 吴燕如. 1982. 膜翅目: 蜜蜂总科, 379-426. 《西藏昆虫》, 黄复生主编. 第二册. 北京: 科学出版社. 【PDF】 吴燕如. 1982. 关于昆虫为农作物传粉的问题――介绍S. 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2011年传粉生物学研讨会【可下载附件材料】
热度 3 zhuchaodong 2011-11-12 17:19
2011年传粉生物学研讨会【可下载附件材料】
2006 年，在各方支持和帮助下，我们组建了蜜蜂系统学与传粉生物学课题组。由于人员、经费和物力的限制，我们在江西宜春开展了 2 年油茶野生传粉蜜蜂的研究工作之后，就减少了这方面的投入。 2011年年初，我们组建了功能昆虫群进化研究组，期望充分发挥组内成员各自的能力，研究昆虫（寄生性类群为主）在生态系统中的功能。我和张彦周博士在原有小蜂分类的基础上，积极拓展寄生蜂在生物防治中的应用。陈小琳博士对相关蝇类的研究，也使我们了解这类昆虫的寄生或传粉功能。牛泽清博士回到组里，使我们能够系统开展蜜蜂系统学研究，并对野生蜜蜂传粉功能做些工作。罗阿蓉博士留所后，酝酿对蜂类功能基因开展研究。同时，国际上有美国自然历史博物馆、澳大利亚国立昆虫标本馆、英国自然历史博物馆的专家来访，希望推动野生传粉者，特别是蜜蜂类昆虫的研究。同时，国内有很多，特别是植物学者在研究繁殖系统时采集到大量有趣的传粉昆虫，亟待分类鉴定。 植物是地球上所有食物链的基础。全世界约90%的有花植物是依赖动物传粉、种子传播而实现有性繁殖成功。植物与传播媒介之间的相互作用，不仅丰富了生物多样性，也为人类和动物提供食物保障。动物传粉为人类提供了三分之一的食物来源，并与人类健康以及人类所创造的农业生态系统密不可分。由于全球变化、环境污染、生境破碎化等因素，蜂类（包括家养蜜蜂）以及其它传粉、种子传播动物多样性的降低，已造成全球水果、种子和坚果类等作物的大幅减产。但是这些问题却没有引起应有的重视。 传粉生物学研究涉及多学科交叉领域。在国际上是进化生物学、生态学、全球变化、生物多样性、农业领域的研究热点，但目前在国内一直处于边缘和零散的状态；植物繁殖生态学和动物传粉工作者之间还缺乏有机的合作平台。通过交流，大家希望能够搭建平台、联合起来，把基础研究和生态系统安全、粮食安全联系起来，可望开展系统的研究，直接为资源的可持续利用、社会发展做出重大贡献。 鉴于上述，2011年11月10日下午，在黄双全教授、罗毅波研究员等同行的积极推动下，中国科学院动物研究所、武汉大学、中国科学院植物研究所联合发起，并成功举办了“2011年传粉生物学研讨会“。该研讨会主题涉及动植物的相互作用与适应机制，包括传粉机制与花期物候配合、植物繁育系统（包括个体的性表达）、取食关系等。黄双全教授作了“传粉生物学的理论与应用研究”的报告；任东教授则从历史的角度介绍了植物和传粉之间的协同演化。参会专家展开了深入、务实的讨论。 牛泽清博士、于芳为本次会议文字材料做了大量工作；丁亮为本次会议的传粉昆虫多样性报告准备了自己历年拍摄的大量精美图片。 2011年传粉生物学研讨会宣传手册.pdf 传粉生物学研究_黄双全.pdf 传粉昆虫物种多样性报告_朱朝东.pdf
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花儿为什么这样红——红花荷的鸟类传粉
热度 1 Leguminosae 2011-10-14 21:33
花儿为什么这样红——红花荷的鸟类传粉
花儿为什么这样红？诗人有诗人浪漫的回答。但对于传粉生物学家来说，答案很明确，植物在招引传粉动物。 通过长期以来的研究，传粉生物学家发现，作为对不同类型传粉媒介的适应，植物进化出一系列的花部性状，如风媒传粉的植物一般雌雄异株或至少异花、总状、穗状或柔荑花序、花被退化、柱头膨大或有长须；蝶类传粉的植物一般有长管状花，没有气味，蛾类传粉的花虽然也是管状，但有浓烈的花香，等等。这种在不同植物类群中出现的相似的花形态特征组合被称为“传粉综合征”。“传粉综合征”是传粉生物学的重要概念之一。 鸟类作为传粉动物在热带美洲很常见。我们从美洲引种的一些园林植物，如大红花等都是蜂鸟传粉的，都有鲜红艳丽的花朵。相对来说，原产于亚洲地区的鸟类传粉植物并不多，所以鸟类传粉一直以来没有受到亚洲地区传粉生物学家的重视。除了一些零星的观察，没有对于鸟类传粉现象的系统研究。 作为华南植物园系统与进化植物学研究领域系统发育与繁殖生物学研究组系统开展金缕梅科植物的繁殖生物学研究的一部分，顾垒及其博士导师张奠湘等对广泛分布于亚洲热带亚热带山地的红花荷（ Rhodoleia championii ）开展传粉生物学研究时发现，该种为鸟类传粉植物，其主要传粉者为广泛分布在亚洲热带亚热带地区的雀形目鸟类暗绿秀眼鸟和叉尾太阳鸟。因为雀形目在亚洲大陆的出现是在中新世之后，而红花荷属植物的化石最早可以追溯到晚白垩纪或早第三纪，红花荷的鸟类传粉被认为是植物传粉者转变的有一案例。 该成果发表在《热带生物学》（ Biotropica ）杂志。 Biotropica 42(3): 336–341 。
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你给我传粉，我为你育儿——八角的传粉机制
热度 1 Leguminosae 2011-10-14 21:24
要别人帮你，你要给别人报酬。有的人你给他吃、给他喝、或者给他栖身之处就可以了，当然个别情况下你把他骗来也可以。但如果你为他的幼儿提供温暖的育婴室，他不会好好为你服务？ 植物也是这么“想”的。 对大多数的开花植物来说，需要将一朵花里面的花粉搬运到另一朵花的柱头上，才有可能完成雌雄交配，并产生后代，而搬运花粉的任务，多数情况下需要动物来完成。在动物协助植物传粉的同时，多数植物为动物提供花粉、花蜜等作为报酬。也有一些植物为传粉昆虫提供产卵场所，如榕树、丝兰、以及大戟科的叶下珠属、算盘子属等，植物为传粉的榕小蜂、丝兰蛾、细蛾等提供的报酬就是，昆虫可以将卵产在植物的子房内，并提供部分发育的种子给其孵化出来的幼虫作为食物。这种依靠取食种子的昆虫传粉的共生机制常常被认为是高度特化的传粉方式。 华南植物园系统与进化植物学研究领域张奠湘研究组罗世孝博士等在对原始被子植物的代表之一，产于我国的八角属植物进行传粉生物学研究时发现，八角属植物与其传粉瘿蚊的关系类似于榕 -- 榕小蜂、丝兰 -- 丝兰蛾、算盘子 -- 细蛾的关系。瘿蚊在访问八角属植物的花，寻找产卵场所时，会为植物完成传粉。瘿蚊将卵产在八角的子房之间，而花的后期子房会闭合 , 形成一个天然的孵化器和育婴室，与此同时，植物通过某种生理机制产生热量，使花内温度与外部保持 2-3 度的温差，植物的花丝分泌一种未知分泌物为瘿蚊幼虫发育提供食物。这种花后期产热机制和分泌节律不但能使瘿蚊卵顺利孵化，而且能助幼虫完成幼龄阶段。这一传粉机制的发现为揭示被子植物早期演化、植物与动物的协同进化提供了新的佐证。 该成果发表在国际著名期刊《美国植物学杂志》 2010 年第七期。 Am. J. Bot. 97(7): 1220–1228.
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野外工作：收获
热度 2 zhuchaodong 2011-4-23 19:58
几天前，我帮助鉴定过传粉昆虫的一位同事，给我发来了他和导师最近发表在美国科学院院刊（PNAS）的一篇论文。我的学生去过他一直做野外工作的地点，和我提到他的经历。应该说，他的导师给了他一个好的思路、一个好的工作地点，尽管这样的思路需要很长时间去实现，尽管这个地点的工作没有任何无线网络或者手机信号。他坚持了4年，终于让自己找到了一个新的起点。祝贺任宗昕！ http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/201142216512122616315.shtm
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