植物进化

大约在16亿年前,地球上首次出现了植物的祖先。刚开始的植物只是和蓝藻内共生的单细胞藻类

这种植物在阳光非常充足的情况下茁壮成长,但是又因为食物匮乏,只能进行光合作用把蓝藻当作食物。在这样的生活现状下,植物的祖先有了质体又拥有了进行光合作用的能力

起初这些藻类生活在海水中。但是又过了几亿年,藻类植物繁殖的数量越来越多,海里的生存空间越来越小。于是藻类植物开始尝试着上岸。但是上岸以后的藻类植物没法在陆地上站稳脚跟,所以就进化出了“假”根

不过这种“假”根虽然能够像脚一样把它固定在地面上,却无法吸收水分和营养。所以上岸以后的藻类植物只能在阴暗潮湿的环境里生长,从此陆地上就有苔藓植物

后来苔藓植物意识到自己无法一直躲在潮湿的环境里生活,需要谋求一种新的生存方式。于是就进化出了能够吸收土壤中的营养物质和水分的根。等它们进化到完全依赖土壤里的养分生活时,它们就有了明显的根茎分化。后来它们的数量越来越多,几乎占满了整个大陆上的土地。这种植物就是蕨类植物

值得注意的是,植物在进化过程中,并非只是单一地向某一种植物进化。植物在进化过程中,其实在同时向多种方向进化。比如绿藻在进化过程中分为了靠近开花植物和丰富其他绿藻的两大种。

总而言之,植物始终在根据生存环境的改变而不停地适应环境,由此激发出了基因突变,通过不断完善自身对环境的适应能力而持续进化。

按照进化论来说,植物为了更加适应不同的环境,会褪去不利于自身成长的性状。它们选择出更利于存活的性状,并且遗传给后代。而后代也保留优良性状,舍弃不良性状并再次遗传。在这样的循环下,植物持续在发生连续、微小并且随机的变化。在植物存在的16亿年间,它们逐渐发展出了更多的品种和数量,现在植物界大概有450000个物种

藻类的进化与发育

植物作为大多数动物的食物,既然能在16亿年间能够进化出这么多种类和分支,为什么不进化出难吃的口感?如果进化论的推理方向是对的,那么为什么植物不为了存活下来将自己进化得很难吃?大多数植物的果实竟然还是甜的

植物为了不被吃掉所作出的努力

其实植物并非没有做出努力,相反,为了不被吃掉,植物进化出了多种方法来抵御动物的伤害。比如植物的根茎其实已经有了厚厚的细胞壁,而且很多植物都有非常粗糙的纤维。这些特征都是为了让自己难以被咀嚼消化

植物进化出难以消化的根茎确实遏制了一部分动物的蚕食。比如人类能够直接吃的植物只有被我们称之为“蔬菜”的一小部分植物。大部分植物我们都无法彻底将其消化掉。比如树叶、青草等常见植物,人都无法直接食用

甚至有些蔬菜也比我我们想象地更难消化。比如韭菜、芹菜、金针菇等,它们都有着粗糙的纤维,即便我们先用牙齿嚼碎,再用胃液消化,之后用肠道吸收,最后排除体外的它们有可能进去是什么样子,出来还是什么样子

人的消化系统

为了能够对抗植物难以消化的状态,食草动物也在不断进化。比如食草动物进化出了非常耐磨损的高冠牙,而且还有可以研磨食物的臼齿。这些专门对付植物的牙齿,就像是进攻敌人的武器,帮助动物能够更好地获取植物能量

与此同时,食草动物长出了更长的肠道,消化系统里也有着多种多样的微生物群。比如有些食肉动物的肠道是身长的4倍左右,但有些食草动物的肠道却是身长的20倍左右。肠道变长可以增加植物在体内分解和发酵的时间,微生物群则会加速植物细胞壁和营养物质的分解和消化。这一步步的改变都是为了让动物能够吃掉难以消化的植物。

比如牛就有瘤胃、瓣胃、网胃和皱胃这4个胃。很多植物咀嚼时非常损耗牙齿,而且边吃边消化太浪费时间,再加上从植物中能够摄取的营养物质实在太少。所以牛会先大量进食,把草储存在自己的瘤胃之中。等到晚上的时候将白天在瘤胃当中发酵过的草反刍咀嚼后重新消化。

牛的胃里胃酸含量低到几乎呈中性,所以很多的微生物都在牛的消化系统当中滋生。这些胃使得植物在牛的身体里停留的时间越久,牛能吸收的营养物质也就越多

让自己变得难以消化并不是植物为了抵御动物做出的唯一努力。很多植物甚至通过改变外部形态,借此让动物“吃不了”和“不能吃”自己

很多草本植物为了能够长出不被食草动物啃食的坚硬“躯干”,进化出了木质部。木质部的存在能够使得植物能够多年持续生长,并且有着大多数食草动物无法咀嚼和消化的木质茎部。

大约在4~3.6亿年前,也就是晚古生代的第一个纪早泥盆世时期。陆地上的一些植物最先进化出了刺。这些刺在后来历年的进化过程中,分为了皮刺、茎刺和叶刺3种。这些刺既能保护自己不被动物吃掉,而且还能保护自己的果实不被鸟类啄食。

比如荆棘刺、刺槐、枸橘都是为了防止自己在生长过程中,不被其它动物吃掉茎和叶。所以这些植物的茎干皮层进化出了密密麻麻的刺,以此来保护自己。还有一些植物的刺更突出的作用是保护果实。比如枸骨的顶端就有三支非常尖利的刺,人们把它称之为“鸟不落”。“鸟不落”其实是说明这里的刺太过尖锐,连鸟都没办法落脚。

尽管如此,很多带刺的植物依然难逃被动物啃食的厄运。比如在沙漠中顽强生存的仙人掌,即便是从头到脚长满了尖刺,依然无法抵御骆驼对它的伤害。因为骆驼生活在干旱的沙漠和戈壁之中,最能给它补充水分的植物就是仙人掌。如果它因为刺而不去吃仙人掌,就有可能因为饥饿和水分缺失而死亡。

为了能够顺利吃了带刺的仙人掌,骆驼的口腔中进化出来大量的肉状刺。在骆驼咬下仙人掌的时候,口腔内部的肉状刺会直接压断仙人掌的刺。在咀嚼仙人掌刺的同时,骆驼口中还会分泌可以消化刺尖的消化液。所以即使仙人掌浑身是刺,但仍然是骆驼技高一筹。

为了不被吃掉,有些植物甚至进化出了毒性。它们的这一策略显然成功了,比如很多食草动物都不会吃一些带有毒性的植物。动物也在一代代的传承中,学会了辨识哪些植物能吃,哪些植物不能吃。而这些关于辨别植物能否食用的知识,也在动物的祖祖辈辈中流传。

不过也有少部分植物是没能利用毒性“击退”动物的例外。比如桉树的树叶有毒,所以很多动物都不会吃它。但是“狭食性动物”考拉为了不和其他动物竞争,哪怕桉树有毒也硬着头皮只吃桉树的树叶。为了抵抗这种毒性,考拉的解毒能力都比其他动物进化得高出来两倍左右。

植物不怕动物吃果实吗?

从“不好吃”到“难以吃”,从“难以吃”又到“不能吃”,植物为了自己不被吃掉做出了这么多的努力,那为什么它们还会结出色彩鲜艳、香甜可口的果实呢?难道它们不怕动物把自己辛辛苦苦结出的果实给吃了?

植物虽然进化出了强大的根系让自己从海底“走”到了陆地,但是植物却没有动物一样的双脚,所以它们几乎终生无法移动到不同的栖息地

每个植物的种子出生以后只能掉落在母体的附近重新生根发芽,但是新的子体又会和母体以及其他兄弟姐妹挨得很近。大家只能在一片有限的区域里争夺为数不多的阳光、水分和土壤中的营养物质

为了能够让种子走到更远的地方,植物想尽办法。比如蒲公英就会借助风的力量去更远的地方,苍耳则会依附在动物毛发上进行迁徙。

所以植物其实是专门进化出来香甜可口的果实,引诱动物来吃

十九世纪的时候,荷兰占领了印度尼西亚北部的马鲁古群岛。荷兰侵略者发现这里有大量的肉豆蔻生长。为了垄断肉豆蔻的生产和销售,荷兰侵略者在当地发布了一条禁令。要求所有人不得携带肉豆蔻的种子外出,违规将会以死刑处理

但是后来其他地区也开始出现了肉豆蔻,但是所有人都找不到种子流出的原因。后来,人们在深入调查后才发现,原来是鸟类吞食的肉豆蔻,但是没能消化掉带壳的果实。当鸟类飞到其他地区排泄的时候,就把肉豆蔻播种到了其他地区

植物利用动物传播果实并不是个例。很多植物的果实有着鲜艳的色彩,散发出诱人的气味,有着香甜的口感都是为了让动物能把自己吃掉。虽然动物会吃掉果肉,但是果实内部坚硬的果核却不容易被胃酸消化

等到动物游走到其他位置进行排泄时,植物也就找了一个新的环境重新“安家”。桃子、杏子、枣等果实,都是利用香甜口感引诱动物来吃自己的典型例子

地球诞生46亿年间,无数生命在这里孕育诞生。各种生物之间用自己进化的智慧躲避天敌的伤害。植物为了生存和繁衍,付出了我们难以想象的努力才有了今天的繁茂局面。如果我们能够像植物一样,一点点蓄力,一点点改变,最终一定能够战胜所有困难,成为最独一无二的自己

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赵滋姿

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