來自法國索邦大學(xué)和智利南方大學(xué)的研究人員拉瓦特等人，最近通過嚴(yán)格的控制實驗，揭示了非綠色植物紅藻，竟然可在水生環(huán)境中傳粉“生殖”，刷新了人們的認(rèn)知。
中國科學(xué)院國際人才計劃訪問學(xué)者、英國北安普頓大學(xué)杰夫·奧利頓教授和中國科學(xué)院昆明植物研究所任宗昕副研究員一道，應(yīng)邀對綠色植物起源之前是否存在傳粉現(xiàn)象進行了評述和展望。北京時間29日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以評述形式發(fā)表了這一研究成果。杰夫·奧利頓教授和任宗昕副研究員為共同作者。
海洋中紅藻與等足目甲殼動物和硅藻形成的雙重互利關(guān)系圖。中國科學(xué)院昆明植物研究所供圖
“一般我們認(rèn)識的植物即為綠色植物，包括綠藻、輪藻和陸生植物。綠色植物與其他真核生物大約在10億年前發(fā)生分化?！比巫陉拷榻B，但在12億年前，占據(jù)地球絕大部分的是海洋，此時紅藻類起源。紅藻類在很長地質(zhì)歷史時期占據(jù)了地球自養(yǎng)生物的主體，直到約5億年前綠色植物開始從海洋登陸。
同時，現(xiàn)如今占據(jù)地球這顆藍色星球70%表面的海洋中依然興盛著各個不同門類的“藻類”，包括灰藻、紅藻和多種多樣的綠藻等。
通常認(rèn)為傳粉只發(fā)生在種子植物中。“廣義的‘傳粉’可以定義為有性生殖的雄配子體通過媒介傳遞到包含了雌配子體的器官而完成受精的過程?！比巫陉空f，通過媒介實現(xiàn)傳粉的植物物種占據(jù)了現(xiàn)今地球陸地植物的大多數(shù)，如約87.5%的被子植物依賴于動物傳粉。
在水生環(huán)境中，“不露臉”水生被子植物往往通過水流進行傳粉；但也有報道發(fā)現(xiàn)，海洋被子植物泰來草通過海洋十足類動物的幼蟲傳粉。因此，在綠色植物起源之前或者從水生環(huán)境登陸之前，是否有傳粉現(xiàn)象的存在呢？海洋中常見的紅藻類是否存在類似于被子植物的傳粉現(xiàn)象呢？
全球約7000余種紅藻，包括紫菜和石花菜等，是光合自養(yǎng)生物。紅藻類的有性生殖為卵式生殖，由精子囊中釋放出來的成熟精子，隨媒介抵達雌性的果胞，與果胞頂端的受精絲接觸，經(jīng)此進入果胞，與其中的卵結(jié)合，完成受精過程形成合子。紅藻生殖細胞都不具鞭毛，在水中的游動能力差，暗示紅藻可能由動物媒介進行傳粉而實現(xiàn)繁殖。
拉瓦特等人的實驗發(fā)現(xiàn)，紅藻綱杉藻目江蘺科江蘺屬藻類由節(jié)肢動物門軟甲綱等足目蓋鰓水虱科蓋鰓水虱屬動物實現(xiàn)雄配子體傳遞到雌性的器官，從而完成受精過程，是非綠色植物能夠在水生環(huán)境中實現(xiàn)動物傳粉的全新發(fā)現(xiàn)。
紅藻。圖片來源：中國科學(xué)院海洋研究所孫忠民
“傳粉現(xiàn)象在紅藻類中的發(fā)現(xiàn)，極大地擴展了依賴于動物傳粉類群的范圍；紅藻類起源于12億年前，而等足目甲殼動物起源于3億年前，因此，這種原始的傳粉互利關(guān)系可能已經(jīng)存在了3億年甚至更長時間?！苯芊颉W利頓教授介紹，由于紅藻類物種多樣性高，因此這類傳粉現(xiàn)象在海洋中普遍性可能很高，意味著大量這樣的互作關(guān)系可能尚未被揭示出來。拉瓦特等人的研究，讓人們對傳粉互作關(guān)系的認(rèn)知，從遼闊的陸地擴展到了更加深邃的水下世界。
此外，這種互利關(guān)系中，紅藻為等足目甲殼動物提供可以附著的生存環(huán)境，避免被捕食和被洋流沖走；等足目甲殼動物以黏附在紅藻藻葉表面的硅藻為食，可以清理紅藻藻葉，促進紅藻的生長。而拉瓦特等人的研究發(fā)現(xiàn)，等足目甲殼動物能為紅藻傳粉，是紅藻有性生殖的必要條件。因此該系統(tǒng)可稱為“雙重互利關(guān)系”，形成相互依賴的互利生態(tài)關(guān)系。
紅藻。圖片來源：中國科學(xué)院海洋研究所孫忠民
“大多數(shù)紅藻生長在海岸帶，而這些環(huán)境恰恰是人類干擾和氣候變化影響最大的區(qū)域。甲殼動物對海洋水溫變化、水質(zhì)酸化和污染極為敏感。因此，這些海洋里重要的互作關(guān)系在我們尚未認(rèn)知的時候，可能已經(jīng)受到了全球變化的嚴(yán)重威脅?！比巫陉空f，研究表明，保護海洋環(huán)境中的物種互作關(guān)系刻不容緩。
