神户大学的一位研究人员揭示了一种植物结构的功能,该结构启发了一个食菌植物的名称,距其首次命名已经130年,揭示了植物实现繁殖的新方式。
日本植物学杰出人物牧野富太郎在1887年至1957年间命名了大约1000种植物,并识别了约600种新植物。他的重要发现之一是小兰花Stigmatodactylus sikokianus,这是一种他在1889年发现的植物。由于其独特的、像手指一样的小延伸部分,赋予了这个植物其名称,这个部分在花的雌性部分,即接收花粉的柱头上。虽然它被誉为日本独特的兰花之一,但这个结构的功能直到现在才得到澄清。
专注于从土壤真菌中获取养分而非阳光的神户大学植物学家末次健司研究了Stigmatodactylus。他描述了他的研究兴趣:“我对它们的授粉机制特别着迷,采用结合分类学、生态学和进化生物学的方法。”他的好奇心促使他探索给予这一属名称的指状结构的目的以及其在环境中的角色。为了调查这些问题,末次系统地观察了这些植物的昆虫访客模式和种子产生所需的条件。他还研究了不同生长阶段花朵的结构,以了解授粉和受精是如何发生的。
他的研究发表在Plants, People, Planet上,显示这些植物主要依赖自我授粉,这意味着它们不依赖昆虫进行花粉传递,这一过程大约在花开后第三天进行。自我授粉的时机具有显著的生态意义。由于这些植物生长在阴暗的森林环境中,通常在腐烂的落叶中,并没有花蜜吸引授粉者,因此它们很少接受潜在授粉者的访问。末次表示:“尽管自我授粉有助于确保繁殖成功,但完全依赖这种方法增加了近亲繁殖的风险。这种情况可能会促使发展兼顾自我授粉与异交的策略。延迟自我授粉,在所有异交机会都已被探索后发生,似乎是一种适应性策略——一种备份机制。”
显微镜的进一步观察揭示了指状延伸部分在自我授粉中的功能。在花开后的第三天,柱头塌陷,指状附属物与携带花粉的花药相接触,允许花粉管通过附属物生长进入柱头,再进入子房,从而促进受精。末次指出:“据我们所知,柱头附属物的运动是兰花中一种独特的自我授粉机制。”他补充道:“这项研究中最激动人心的部分是揭示了这一以前未被识别的机制,展示了植物为确保其生存而进化的复杂进化路径。”考虑到Stigmatodactylus包括28个物种,其中许多拥有这一结构,这一机制也可能在其他物种中找到。
来自神户大学的植物学家总结道:“这一发现的重要性在于它能够将历史性的植物学研究与现代科学研究联系起来。它强调了结合全面的分类工作与生态和进化研究以获得新见解的必要性。在一个研究往往更为专业化的时期,分类学和生态学常常被单独探索。这项研究显示,传统自然历史研究,结合了分类学、进化和生态学,仍然具有揭示新现象的潜力。”
本研究得到了日本科学技术机构的支持(拨款编号JPMJPR21D6)。