任何不幸降落在澳大利亚瓶子草口状叶片上的昆虫都将迎来可怕的结局。植物的猎物被吸入容器状的“瓶子”器官中，在那里，一种特殊的酶混合物会消化受害者。
现在，通过研究瓶子草的基因组，并将它的食虫液体与其他食肉植物的液体进行比较，研究人员发现，即使世界各地的食肉植物在进化上相隔数百万年，它们也使用了相同的致命分子配方。
“我们真的看到了趋同进化的经典案例，”纽约州布法罗大学的植物基因组科学家维克多·阿尔伯特说，他是这项研究的共同负责人，该研究发表在2月6日的《自然生态与进化》杂志上。
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食肉植物遍布整个被子植物家族树。澳大利亚瓶子草（Cephalotus follicularis）——原产于澳大利亚西南部的一小块海岸线——与杨桃（Averrhoa carambola）的亲缘关系比与美洲和东南亚发现的其他瓶子草物种更近。阿尔伯特说，这表明食肉性在植物中反复进化，可能是为了应对它们生长的营养贫瘠的土壤。“他们试图做的是从猎物中获取氮和磷。”
致命配方
澳大利亚瓶子草产生致命的“瓶子”叶子——类似于露齿而笑——以及扁平的叶子。在对该物种的基因组进行测序后，阿尔伯特的研究小组确定了在瓶状叶子和植物的其他非食肉叶子之间差异激活的基因。这些基因包括参与制造淀粉和糖的基因，这些基因可能有助于产生吸引昆虫走向死亡的花蜜，以及编码蜡状物质的基因，这些物质可能使昆虫难以从瓶子中逃脱。
为了确定瓶子草如何吃掉它们的猎物，研究人员从头状瓶子草和其他几种无关的食肉植物中采集了消化混合物样本，并使用质谱法鉴定出总共35种蛋白质。许多蛋白质与其他被子植物用于 抵御病原体的蛋白质有关。例如，植物通常产生分解一种名为几丁质的聚合物的酶，作为防御真菌的手段，真菌的细胞壁由这种化学物质构成。但阿尔伯特怀疑，澳大利亚瓶子草和其他食肉植物已经将这种酶重新用于消化昆虫的外骨骼，昆虫的外骨骼也是由几丁质制成的。
在新的分析中，阿尔伯特和他的同事还发现，在远缘相关的食肉植物中，包括瓶子草物种，用于制造消化液蛋白的基因具有共同的进化起源。更重要的是，这些基因中的一些已经独立进化，以在不同物种中以相似的方式改变它们编码的酶的形状。研究人员还没有证据，但他们认为，这些突变可能有助于稳定酶，当它们共同存在于消化液中时。
哈佛森林的生态学家亚伦·埃里森说，虽然研究人员已经认识到趋同进化对食肉植物的重要性，但这项新研究很重要，因为它证明了这种趋同可以发生在分子水平上，他说。
如果植物不能首先诱捕昆虫，那么获得吃昆虫的能力就没什么用处，阿尔伯特指出，在这里，进化已经提出了更多不同的解决方案。捕蝇草会诱捕猎物，而狸藻则使用微小的吸盘来固定受害者。在他1875年出版的《食虫植物》一书中，查尔斯·达尔文收录了茅膏菜用来将昆虫钉在叶子上的触手的详细图纸。“难怪达尔文写了一整本关于食肉植物的书，”阿尔伯特说。