为了躲避捕食者人类,这种受欢迎的植物正在进化
1226字
2021-02-11 12:54
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火星译客

在中国西南部横断山脉,一种小型草本植物越来越难找到。

它被称为德拉瓦伊贝母,有3到5片鲜绿色的叶子和一个短茎;它每年开一次花,花朵是夺目的黄色郁金香形的。但是在贝母属植物中,那引人注目的黄色花朵和那些充满活力的绿色叶子已经开始变成灰色和棕色。科学家们怀疑,这种植物是通过基因进化出单调的部分来躲避它的主要捕食者——人类。

在发表在《当代生物学》杂志上的一项研究中表明,来自中国和英国的科学家发现,在德拉瓦伊贝母大量采收的地区,这种草药更有可能伪装。

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在贝母经常生长的地区,植物通常长出灰色、棕色的叶子、茎和花朵与周围的地形融为一体。

一些植物品种在过度采摘时会变小,因为它们较大的同类在繁殖之前就被采摘了。这种草药用于中医治疗肺部疾病,如支气管炎或严重咳嗽,这可能是濒危植物进化到融入周围环境的第一个例子。

受欢迎的花

采集贝母并作为药用至少有2000年的历史,但需求的稳步增长和供应的不足引发了人们对贝母更多的搜寻活动。这种植物的药用部分一公斤(2.2磅)的球茎价格大约是480美元。每个小灯泡都有缩略图大小;收获一公斤需要3500多株植物。

该研究的作者之一杨牛(音)表示,一些贝母品种可以人工种植,但德拉瓦依贝母自然生长在寒冷干燥的高海拔地区,农民很难复制这种环境,消费者认为野生品种更好,尽管没有证据证明这是真的。

2011年,他和一组科学家开始研究这种植物是如何授粉的,他们好奇为什么有些花某年是雄性的,而其他年份则是雌雄同体。他们的研究失败了,因为他们在野外标记的植物后来被挖出来,可能被卖了,没有研究对象。

牛玉强和他的同事们之前曾研究过一种植物,这种植物可以伪装起来以躲避食草动物的攻击,他们对这种中国草药很感兴趣,这种植物很明亮,目前还不知道动物会吃这种植物。“然后我们意识到收获……可能是一股强大的选择性力量。”

它是如何工作的

为了验证这一理论,研究人员首先咨询了当地的草药医生,他们有6年的记录,记录了植物在哪里生长,采摘了多少。他们确定了哪些区域已经被大量采集并且更容易进入,而不是那些隐藏在多岩石的山区。他们使用了一种叫做光谱仪的工具,通过测量光的波长来确定颜色,他们测量了不同地点的植物颜色,并发现了在特定地点挖出的植物数量与花的颜色之间的相关性。

在无人区,植物仍然是亮绿色和黄色的,但在大量采摘鳞茎的地方,颜色变得越来越暗淡。德拉瓦伊是唯一生长在高海拔地区的贝母品种。

研究人员甚至创造了一个游戏,“发现植物”,来测试伪装的植物如何容易被发现。当志愿者被要求在岩石和泥土中辨认贝母时,他们花了更长的时间来确定颜色明显不那么鲜艳的贝母。

“这是一篇非常酷、具有开创性的论文,”马修·鲁宾说,他是密苏里州圣路易斯丹佛斯植物科学中心的进化生物学家,他没有参与这项研究。

鲁宾补充说:“我们已经知道,几千年来,人类通过驯化塑造了植物的外观,我们培育植物作为食物的方式。”“这是人类在野外介导选择的一个非常好的例子,记录了一种变化,并非常令人信服地将这种变化与人类压力联系起来,在这种情况下是收获。”

虽然人类通常间接地促使植物适应环境——例如,改变环境从而促使植物适应环境——但这种人类与植物之间的直接关系更为罕见。

乔治亚大学的生物学家吉尔·安德森认为这篇论文的结论是一个“诱人的假设”,但她说,要想确信这种伪装是人类造成的,她还需要看到进一步的证据。

虽然论文的作者排除了像牦牛这样的食草动物是植物变色的罪魁祸首,安德森想知道是否气候变化,比如高海拔地区更强的紫外光可能影响了植物的颜色。

鲁宾说:“当然,可能还有其他因素导致了这种变化——天气或海拔高度,或者是他们没有看到的食草动物。”“但收获压力和颜色之间的关系相当强——收获压力大的人群与背景的匹配最接近。”

进行自然抉择

但假设人类是改变的推动者:收获这些球茎怎么会导致植物变成棕色呢?

安德森说:“人类进入一个种群,收获他们能找到的最显眼的植物。”。“收获的植物不再有能力为下一代做出贡献,而伪装的植物却可以度过它们的生命周期。这是这些种群的自然选择过程。”

有可能贝母在很短的时间内就进化出来了。这种植物需要5年的时间来繁殖,这意味着所有亮绿色的植物都可以在它们有机会传递它们的彩色基因之前被采摘。在一两代人的时间里,在人口密集地区的植物种群可能拥有一个主要由灰色和棕色DNA组成的基因库,尽管科学家们没有对这种植物进行基因分析。

众所周知,人类会影响其他物种。安德森说,在她的课堂上,她强调了一些鱼的体积缩小,比如大西洋鳕鱼和粉红鲑鱼,这些都是渔民的主要目标。当它们聚集在网里时,小的能够逃脱,而大的则困在网里。随着时间的推移,人口作为一个整体变得越来越小。

“他们采用了一个我们在动物系统中思考过很多的概念,”安德森说,“并将其应用于植物。”这是我读过的第一篇明确考虑人类收获如何影响颜色等关键特征的论文。

还有其他有记载的例子表明,随着时间的推移,人类会影响植物的特性。另一种受到威胁的中国植物雪莲,在通常收获它的地区,比一个世纪前短了大约4英寸。在过去的一个世纪里,生长在美国东部的西洋参也变得越来越短,叶子也越来越小。

牛玉强说,中国政府目前正在努力更新浙贝母的保护状况,以反映日益增长的威胁,并可能为其提供更强有力的保护。目前尚不清楚该物种的数量有多大,但最近的调查显示,它在野外的地位可能正在下降。

“事实是,这是一个很好的开始,”鲁宾说。

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