植物可能以全新的方式操縱精子 _植物

從慢動作鏡頭中，這一幀捕捉到了大葉海蓬花的彈射器狀機制與花粉爆炸的瞬間。來源：布魯斯·安德森（Bruce Anderson）和維尼修斯·布里托（Vinicius Brito）
據《大眾科學》（勞拉·貝薩斯）：授粉在植物王國中可能是一個非常殘酷的過程。來自南非和巴西的一組科學家發現，競爭對手的植物可能會在傳粉媒介上相互競爭空間。然后，這種匹配會影響誰的花粉會到達下一朵花，誰的花粉不會。最近發表在《美國博物學家》上的一項研究詳細介紹了這些發現。
隨著時間的推移，一些動物和昆蟲的陰莖上已經進化出復雜的結構，據信這些結構會在雌性的生殖道中排出競爭對手的精子，然后再沉積自己的精子。
與動物交配不同，植物繁殖不涉及花朵之間的直接接觸。為了與其他雄性植物群競爭，花粉的操縱——攜帶植物精子——必須在花粉到達另一朵花之前發生，同時騎在到達的傳粉者（如飛蛾、蜜蜂或蝴蝶）的身上。此外，大約94%的植物具有雄性和雌性生殖器官。為了避免自花授粉，單個花朵通常會先經歷雄性階段，然后是雌性階段。
這項研究背后的團隊認為，植物可以操縱花粉在傳粉昆蟲身上的位置和數量。植物也可能已經開發出更類似于動物精子操縱的策略來做到這一點。
為了了解更多信息，研究人員研究了巴西特有的一種紅色多年生花卉——斑點海蓬。在實驗室里，他們建立了一個實驗模擬，并使用慢動作視頻記錄了工廠的戰略過程。這種花使用類似彈射器的機制從蜂鳥頭骨的喙上移除競爭對手花朵的花粉，并將自己的花粉安全地放置在同一位置。
這種被稱為爆炸性花粉放置的機制在植物界并非完全未知。白桑在植物和動物界都有最快的運動。花粉彈射機制可以超過每小時380英里（每秒170米）。

野生的一種海百合花。致謝：布魯斯·安德森
然而，這項研究提供了一些經驗證據，證明爆炸花粉放置的有效性。為了收集這些數據，研究小組用量子點標記了爆炸去除的花粉，并分析了它們的慢動作視頻。灰葉菊的花粉在釋放后以每秒2.62米的速度傳播。相比之下，奧運選手尤塞恩·博爾特以每秒10.44米的速度跑得大約快四倍。
根據該團隊的說法，他們的發現為植物中競爭性花粉去除的想法提供了證據。雄性植物之間的競爭也可能促成了這一性狀的進化。
南非斯坦陵布什大學的研究合著者兼進化生物學家布魯斯·安德森在一份聲明中說：“蜂鳥造訪的花朵會將花粉沉積在蜂鳥的喙上，但花粉沉積的地方很少。” 。“花朵已經進化出一種彈射機制，花粉被射向蜂鳥的喙。彈道顆粒的力量將以前沉積的顆粒從競爭對手的植物上移開，使花朵能夠將自己的顆粒放在更干凈的喙上，從而增加了繁殖成功的機會。”

蜂鳥喙（頭骨）上標記有量子點的花粉粒。這是在紫外線光源下觀察的。我們把谷粒放在鈔票上并數了數（只有兩個鉛筆標記之間的谷粒）。然后將這張鈔票插入一朵花中——在花爆炸后，我們重新計算了標記的谷粒，看看爆炸去除了多少。致謝：Daniela Cristina de Cario Calaça、César Augusto Arvelos和Carlos Andres Matallana Puerto
這些植物可能以一些以前未知的方式相互競爭。當交配發生時，像斑點海蓬這樣的兩朵花通常不會相互作用，這使得花很難像其他植物和動物那樣操縱。然而，配子操縱實際上可能發生在到達花朵的傳粉者身上，而不是其他花朵的葉子或花瓣上。
如果像蜂鳥這樣的傳粉者到達一朵花，上面覆蓋著以前訪問過的植物的競爭對手花粉，那么這朵花可能很難將自己的花粉放在蜂鳥身上，因為它被競爭對手植物的谷粒覆蓋著。即使它能在蜂鳥身上獲得一些花粉，它繁殖成功的機會也可能很低，因為它必須與這些競爭對手的花粉粒競爭，才能獲得蜂鳥下一朵花的胚珠。
安德森說：“那么，一朵花能做什么呢？就像有陰莖裝飾的動物一樣，它可以進化出在放置自己的谷粒之前，先清除傳粉者的競爭對手谷粒的策略。” 。
此前，科學家們認為，開花主要是為了幫助傳粉者獲得花粉粒。這也被理論化為一種嚇到它們飛走并飛到新植物上并將花粉傳播到更遠距離的方法。
“然而，我們的數據表明，這種機制實際上可能會取代以前花朵的花粉，通過增加傳粉者身體上的空間競爭來提高雄性繁殖的成功率，”該研究的合著者、巴西烏伯蘭迪亞聯邦大學植物學家Vinícius Brito在一份聲明中說。