本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点。
我最初于2006年7月21日.发布了这篇文章。
有些植物不想被吃掉。它们可能生长在难以接近的地方,可能看起来没有食欲,或者它们可能会进化出难闻的气味。有些植物表面有绒毛、毛发或粘性,另一些植物则进化出尖刺。动物需要吃掉这些植物才能生存,而植物不需要被动物吃掉才能生存,因此,一场共同进化的军备竞赛导致植物进化出越来越奇异的适应性来阻止动物,而动物也进化出越来越巧妙的适应性来绕过这些障碍。
植物阻止食草动物最有效的方法之一是转移其现有的生化途径之一,以合成一种新的化学物质——这种物质会使植物味道难闻,引起呕吐甚至疼痛,或者可能有足够的毒性杀死动物。
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但是,植物和食草动物之间还存在其他类型的共同进化。有些植物需要一部分被吃掉——通常是种子——这样它们才能繁殖自身。因此,它们进化出了果实。种子被包裹在肉质、多汁、美味的纯能量包装中。这些水果通常会进化出一种可以从远处探测到的甜味。而且,这些水果通常以鲜艳的颜色来“宣传”——红色、橙色、黄色、绿色或紫色:“我在这里!我在这里!请吃掉我!”
因此,辣椒是一个真正的进化难题。一方面,它们是颜色鲜艳且气味香甜的水果——显然是向食草动物发出的“广告”信号。另一方面,一旦被咬开,它们就太辣了,对于动物来说不是一种愉快的体验。那么,这是为什么呢?
回到 20 世纪 60 年代,Dan Johnson 提出了一个有趣的提议,他称之为“定向威慑”,该提议表明,一些植物可能会选择究竟吸引哪些食草动物,以及阻止哪些食草动物。辣椒是这种现象的主要候选者。辣椒中辣味的来源是辣椒素,这是一种化学物质,当它与三叉神经末梢(通常在口腔内)的香草素受体结合时,会引起疼痛感。碰巧的是,所有哺乳动物都有辣椒素受体,但相对最近才发现鸟类没有。
为了检验这个假设,Josh Tewksbury 使用了两种辣椒变种——一种非常辣(Capsicum annuum),另一种具有使其完全不辣的突变(Capsicum chacoense)——并将两者都作为食物提供给啮齿动物(大鼠和仙人掌鼠)和鸟类(弯嘴嘲鸫)。
所有物种都差不多同样喜欢吃甜的那种。当 Josh 向它们提供用辣椒制成的同样准备好的食物时,两种啮齿动物都拒绝食用,而鸟类则高兴地吃掉了它。
这项研究于 2001 年发表在《自然》(pdf)上,我当时看到 Josh 在他加入我们部门与 Nick Haddad 博士一起做博士后时就此发表演讲。虽然我的实验室伙伴 Chris 和我在问答环节中就他关于“饥饿动物”的宽松标准(他需要它们在喂食测试中处于饥饿状态)对他进行了很多批评,但这项研究的主要结论仍然是正确的。
更重要的是,这在自然界中确实发生了。在 Josh 研究它们的亚利桑那州,哺乳动物会避开辣椒(并拍摄了它们行为的视频),但鸟类却狼吞虎咽地吃辣椒。当他分析喂食辣椒的啮齿动物和鸟类的粪便时,他发现通过鸟类肠道传播的种子完全是可育的,而哺乳动物吃掉的种子则被咀嚼、压碎、破碎或半消化,根本不可育。
此外,嘲鸫倾向于在不同种类的结果灌木上花费大量时间。在那里,它们会排便。粪便中的辣椒种子就在那里发芽,这是一个它们生长的理想阴凉地点。
真是(共同)进化适应的一个绝佳例子!
相关链接:辣椒