大自然的饮食文化:为什么很少有昆虫敢吃蕨类

作者:刘光裕时间:2018-01-26 11:35:41评论:0

野外的蕨类植物很少被虫吃,形态完整,给人一种静美的感觉


民以食为天,昆虫也是一样的。


没有食物,谁也别想活下去。昆虫吃植物,植物进化出防御手段,以减少伤害,这是动植物关系中最为重要的问题。有的昆虫能吃很多种植物,如蚜虫可以取食上百种植物,而家蚕却只吃桑叶、柘树等两三种植物,有的则进化到了一对一的关系,离开特定的食物就没法活了。


在吃的学问里,虫子有很多知识、经验和技巧。一只灯蛾如果错误地将卵产在非寄主植物上,毛毛虫宝宝就会被饿死。灯蛾妈妈如果将卵产在长势较差的猪屎豆上,儿子不能获取足够的防御物质,长大后可能找不到媳妇,断了香火。红蝽妈妈如果错过了果实成熟的最佳季节,宝宝就可能得不到食物而活活饿死等等。相应的植物也必须有应对昆虫啃噬的策略。被过度啃噬就不能开花结果,繁殖下一代。在凶神恶煞的植食昆虫面前,植物必须拿出精力来做好防御工作。吃与防止被吃构成了自然之中最为经典的军备竞赛场面,也是日常生活中最容易观察到的自然现象。


漫步在西双版纳版纳热带植物园里,很容易发现自然界“吃”文化的多样性。热带典型树种云南石梓和绒毛番龙眼的叶子被甲虫啃噬得全是窟窿,最常见的芭蕉和芋头的大叶子却少有虫子能吃,飞机草和紫茎泽兰则是虫见虫怕,几乎没有什么虫子敢吃。假如你既认识植物,又认识昆虫,还能结合一些植物饮食文化的话,那么你很快就会发现一些更有趣的自然吃文化。如昆虫不敢吃蕨菜的现象。


常见的蕨菜(Pteridiurn aquilinum),也就是中国人喜欢吃的野生蕨菜,它的分布与人类活动密切相关。随着人类活动而大肆扩张,蕨菜现已广泛分布于被干扰的林地,山坡和火烧地,可算得上世界上是分布最广的植物之一。能吃蕨菜的虫子不多,即便是人类,也要先沸水焯过再长期浸泡后方可食用,由于它的广泛分布,且容易接触。只需稍加留心,便可发现虫子真不吃蕨菜。


自然界中,植物作为初级生产者,或多或少都会被昆虫作为食物资源。但昆虫似乎极为不喜欢蕨类植物,在野外很少发些被啃噬的蕨类,或昆虫取食蕨类的场景。美国博物学家1980年的一篇文章(http://ir.uiowa.edu/biology_pubs/6/)总结了昆虫对蕨类植物食用的问题。自然界大约有近百万种植食性昆虫,然而敢吃蕨类植物的虫子数量差不多也就500种左右。吃蕨类的虫子数量与蕨类植物数量之比约为1:19,而吃有花植物的虫子数量与被子植物数量之比约为1:1。可见昆虫将蕨类作为食物资源的利用率很低。


按照植物多样性与昆虫多样性对应的论模型分析,多数吃蕨类的昆虫类型数目(半翅、等翅、直翅、缨翅、同翅、鞘翅、鳞翅和膜翅目)均与蕨类植物的多样性不成比列,只有起源于泥盆纪的弹尾目除外。可是,吃蕨类的弹尾目昆虫数量又极少,不到总食蕨昆虫量的1%。虽然大多数昆虫目均有食蕨类的种类,但这些虫子较为集中在少数几个目之中,约70%的食蕨类虫子属于同翅、鞘翅、鳞翅目昆虫。昆虫食用蕨类的情况视物种和地域而不同,分布极为不均。如半翅目的盲蝽和长蝽,同翅目的蚜虫和介壳虫,及膜翅目的叶峰是主要的食蕨昆虫类群。


从生物进化上看,蕨类起源于石炭纪晚期,是十分古老的植物类群。在石炭纪的沼泽森林中生活的植物与现状差异巨大,石炭纪的植物还没有花,早期分布的植物主要是石松、种子蕨、芦木等较为“原始”的植物。到了石炭纪晚期,蕨类植物取代了其它植物,成为主角。无论从昆虫数量,昆虫与蕨类所处的地质历史,还是二者的生物总量看,昆虫不吃蕨类理论上都很难解释。


有花植物进化出各种次生代谢产物,但依然是昆虫口中的美味食物


蕨类的进化时间远长于有花植物,地理分布比有花植物广,而次生防御性化学物质比有花植物简单。按理说,吃蕨类的昆虫数量应该很多,然而,事实却是自然之中能吃蕨类植物者寥寥无几。这在生态适应和物种进化史上,应该是一个奇葩,一个极为矛盾的生态现象。

 

分析完昆虫与蕨类植物的关系之后,我们该如何解释昆虫为何不吃蕨类呢?现在有很多解释,各有各的说法。其中较为被大家接受的是蕨类形态简单、富含单宁、昆虫食性转化几个假说。


首先,自然之中,吃乔木的虫子数量多于吃灌木的,吃灌木的虫子数量多于吃草本的。植物形态越复杂,所能提供的生态环境越多,就愈发可能支持更多的虫噬。被子植物明显比蕨类形态结构要复杂得多,被子植物有花,有果,有种子,可为特定的昆虫提供食物。如专食种子的“米虫”(鞘翅目昆虫),或专食花的鳞翅目昆虫。由于蕨类没有花果和种子,因此能吃蕨类的昆虫自然也会少了很多。


其次,蕨类植物与有花植物相比,叶子中含有更多的防御物质(如单宁),且水分含量很低,让蕨类植物吃起来不仅苦涩,而且干柴,口感极差。对大多数昆虫来说,高单宁含量的食物很不可口。与其它次生代谢产物相比,单宁合成要容易些,广泛分布于植物各器官之中。蕨类植物富含单宁且极低水分,这种看似简单的防御方式极为有效。


最后,现代大多吃蕨类的昆虫是通过食性转化而来的,并非古代吃蕨类的昆虫进化而来。食性转化是昆虫与植物资源关系进化中十分重要的手段。现代吃蕨类的昆虫中,很多既吃蕨类又吃有花植物,单一选择吃蕨类的昆虫并不多。这意味着,现代吃蕨类植物的虫子似乎,并非由古代吃蕨类的昆虫慢慢演化而来,而是从古代非植食性的昆虫转化而来的。如蕨菜(P.aquilinum)在近5千年全球范围内的大肆扩张,就造成了部分昆虫的食性转化,进而开始吃蕨类。


综合各路英雄的观点,蕨类形态结构的简单,高浓度的次生防御物质和极低的含水量,以及昆虫独特的食性转化进化历程造就了虫子不吃蕨类的自然现象。这个现象本身是自相矛盾的。生理防御上虽然有一定的道理,但物种和生物量对应进化却极不相称。探究和了解昆虫与蕨类植物的关系不仅有趣,而且对农业具有十分重要的指导意义。我们通过思考昆虫为什么不吃蕨类,反其道而思之,没准还能寻找到某些独特的方法来控制农业害虫呢。

 

注:延伸阅读《昆虫与植物的关系》(超星在线可读

《Insect-Plant Biology》(PDF可下载


http://blog.sciencenet.cn/blog-300114-701482.html  


关键字:蕨类不可食;昆虫;防御;动植物关系

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