1875年,達爾文喺佢本《食蟲植物》(Insectivorous Plants)入面提出,虎耳草屬(Saxifraga)裏面有兩個歐洲品種,因為葉上面有黏黏哋嘅毛,可能會捉蟲嚟食。但係以當年嘅技術,佢冇辦法證實呢個諗法。
「達爾文嘅假說係好重要嘅啟發,」研究共同作者、佛羅里達大學生物學傑出教授Douglas Soltis同《Live Science》講。呢次研究團隊集中研究燈架虎耳草,係達爾文當年睇過嘅品種嘅近親。呢種植物生長喺海拔2,500至3,300米嘅青藏高原東南緣同橫斷山區,即係雲南同四川一帶。
團隊喺野外調查嗰陣發現,45個樣本入面有43個嘅腺毛上面都黐住咗昆蟲。成熟嘅植株平均每棵捉到71隻蟲。
燈架虎耳草嘅莖同枝條布滿咗腺毛(glandular trichomes),呢啲顯微級別嘅毛狀結構會分泌一種黐立立嘅黏液,形成一個好似蒼蠅紙咁嘅陷阱,專門捉小型昆蟲,主要係唔咬人嘅蠓(nonbiting midges,雙翅目)。研究仲發現,呢種植物會用氣味嚟吸引獵物,等啲蟲行近之後就畀啲黏液黐住。
捉到蟲之後,燈架虎耳草會分泌消化酶,包括蛋白酶(phosphatase enzymes),用嚟分解蟲嘅身體。研究團隊用螢光檢測法,喺腺毛上面檢測到磷酸酶活性,證實呢種植物有能力消化佢哋嘅獵物。
為咗證明植物真係吸收到營養,團隊做咗穩定同位素餵食實驗。佢哋用氮-15(¹⁵N)標記嘅果蠅(Drosophila)餵畀燈架虎耳草,之後量度植物組織入面嘅氮含量。「研究人員發現植物組織入面嘅標記氮水平有顯著上升,」確認咗植物從獵物度吸收咗氮元素。而作為對照嘅非食蟲植物就冇出現同樣嘅富集現象。
轉錄組同基因組分析進一步確認咗食蟲特性。團隊組裝咗燈架虎耳草嘅染色體級基因組,同茅膏菜(Drosera)、豬籠草(Nepenthes)呢啲已知食蟲植物做比較,發現編碼消化蛋白酶嘅基因喺腺毛度有活躍表現,證明呢種植物擁有完整嘅食蟲基因機制。
食蟲植物有個天生矛盾:佢哋需要捉蟲嚟補充營養,但又要靠昆蟲幫手傳粉繁殖。燈架虎耳草用一個好聰明嘅空間同視覺分離策略解決呢個問題。
佢嘅白色花朵生喺好高嘅花莖上面,遠遠高過啲黐立立嘅莖,形成一個物理屏障,將陷阱區同花朵區分開。啲黏性腺毛只係生喺營養莖上面,花朵同花梗係冇嘅。呢種視覺上嘅分離——白色花朵喺上面,黐立立嘅莖喺下面——確保咗嚟傳粉嘅昆蟲唔會中招。
呢個設計同其他食蟲植物嘅研究一致,例如茅膏菜,都係用白色花朵同空間分隔嚟減少傳粉昆蟲中招嘅機會。
燈架虎耳草嘅食蟲特性被確認,對植物學嚟講意義重大。呢種植物代表一個全新、獨立演化出嚟嘅食蟲譜系——係成個虎耳草目(Saxifragales)同虎耳草科(Saxifragaceae)入面第一個被確認嘅食蟲植物。
但研究團隊認為呢個可能只係冰山一角。佢哋話:「我哋嘅發現顯示,好多之前只被當做『黐立立』或者係用嚟自我保護嘅植物,其實可能係未被發現嘅食蟲植物。」佢哋指出,自然界食蟲植物嘅真正數量可能被大幅低估咗。「呢個話畀我哋知,自然界入面可能仲有好多未被識別嘅食蟲植物,或者有部分食蟲特性嘅植物,」團隊解釋話。