《有趣到不可思議的樹木果實圖鑑》為什麼果實長這樣? 種子奇妙的趨同演化及輻射適應 | 環境資訊中心
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《有趣到不可思議的樹木果實圖鑑》為什麼果實長這樣? 種子奇妙的趨同演化及輻射適應

2022年02月11日
文:小林智洋、山東智紀
樹木果實用各種方法傳播種子,讓人不禁為它的巧妙及獨創性感到驚豔,植物在演化過程中到底發生什麼事才得到如此多樣的傳播方法呢?

讓我們先從風力傳播方法開始,木蝴蝶或是火焰木這類紫葳科植物,雖然種子大小不同,但結構都是以種子為中心,再從左右兩側長出扁圓形的果翅。有人認為紫葳科的遠系早就具有這類的形質特徵,只是之後在不同地區進行多樣性繁衍而已。


左方果實為木蝴蝶,帶有白色寬翅的扁圓形種子在果莢中排成兩列、數層交疊,乾燥裂果後,種子脫落隨風飄散。東南亞會食用它的新鮮果實。

縱觀全世界的樹木果實,會發現像日本大百合之類的大多數百合科植物、翅葫蘆之類的瓜科、馬兜鈴科的某些家族成員或是部分夾竹桃科紫蟬花的物種都可以看到類似的結構。另外,像使君子科的馬尼拉欖仁、或是豆科的印度紫檀和大果紫檀等,它們會把部分或全部的果皮演化為類似果翅的構造,讓它變成重要器官。

旋花科的盾苞藤更特別,開花之後花及花萼持續長大最後變成翅膀形狀。另外細到像灰塵,被稱為世界上最小的附生蘭花種子,透過顯微鏡觀察也有同樣的構造。


乾季結束後,盾苞藤的大花萼會帶著種子乘風遠颺,生長在水邊的族群則會把這個花萼當作小筏,順著水流往外擴展繁殖。

當我們將這些樣本透過DNA用系統分析,並和APG分類的分子系統發生學進行比較,會發現不管是舊分類系統的馬兜鈴科、蓮葉桐科、薯蕷科、百合科或是新系統的豆科或紫葳科,都發生過多次為了要飛翔而準備的演化,像這種親緣關係很遠但卻具有類似外觀或器官的現象稱為趨同演化(convergent evolution)。

這裡使用命名方式大家比較熟悉的動物來舉例說明,海中巡遊的鯊魚是軟骨魚類、海豚是哺乳類,但它們都有流線型的外觀;同樣帶有多刺背毛的刺猬是刺蝟科,針鼴則是針鼴科;全身都是盔甲碰到敵人會縮成圓球的犰狳是犰狳科,同樣也會縮成球狀的穿山甲卻是穿山甲科等等都是趨同演化的典型例子。

再來看使用其他傳播方法的植物,也會發現它們都發生過不同的趨同演化,例如無患子科的楓樹把種子放在一端讓它變成果實的重心,並在另一端形成發達的果翅結構,在許多松科、山龍眼科的班克木及哈克木、楝科的大葉桃花心木、瓜科的穿山龍屬的種子或其他豆科植物像是膠蟲樹、紅高戈的果莢或是遠志科蟬翼藤屬的果莢等等,物種都有類似的構造。

龍腦香科植物的特徵是果翅,但它跟蓮葉桐科的螺旋槳樹長得很像(參見下圖)。漆科的連加斯木、馬鞭草科錫葉藤(藍花藤)、脣形科的沃爾夫藤、楔翅藤屬、鉤枝藤科鉤枝藤屬、旋花科的大花飛蛾藤、蓼科的蓼樹、胡桃科下的黃杞屬等等都可以看到造形很像是哆啦A夢裡面的竹蜻蜓。所以也可以推斷不論是舊系統或是新系統分類,在科別非常分岐的情況下許多物種都進行過多次類似的演化。


由左至右分別是螺旋槳樹、旋轉型的龍腦香、漂流型龍腦香。

接下來我們稍稍改變觀點,鎖定特定科別追溯它的演化過程。第一部是以傳播方法相近的植物分類學來介紹松柏、殼斗及棕櫚科植物,但是在另一方面卻也能夠找到在分類學上關係密切,散播方式卻大不相同的例子。譬如說種子是旋轉型植物典型代表的龍腦香科,卻有Vatica philastreana 這種完全不帶翅膀的漂流型(參見上圖右側)。錦葵科的爪哇銀葉卻結出像楓樹一樣單翅的旋轉型果實,或同樣是錦葵科但果翅卻很短的銀葉樹,它那鹹蛋超人頭型般的果實卻是漂流型,這兩種的外形和散播種子方式差很多,但都是銀葉樹屬的植物(參見下圖)。


銀葉樹(上)、爪哇銀葉(下)

另外跟之前提過的旋轉組成員緬甸膠漆樹同屬,擁有發達軟木質果實的絨毛膠漆樹卻是漂流組成員,它們都是在東南亞熱帶雨林裡很普遍的植物。像這些生長在同一地區,卻因為各自生態地位而進行物種分化的現象就叫做輻射適應。舉例來說,在台地、丘陵地形或平地的乾燥森林以飛翔來進行播種的植物,它們會遷移到最前線完全沒有競爭對手的低地河邊紅樹林地區。勇於挑戰的結果造就出龍腦香科中的青梅屬、錦葵科中的銀葉樹及漆樹科中的絨毛膠漆樹,把它們的果實趨同演化成為很類似而且具有浮力的外形,分別從系統完全不同的科別各自進化成為漂流型。

旋花科植物更是自由變化,除了前面提到滑翔組的盾苞藤、旋轉組的大花飛蛾藤、飛蛾藤之外,還有其他幾種牽牛花屬的植物也是利用長毛飛行的滑翔組,或是為了引誘小鳥來啄食而長出鮮紅果皮跟甘甜果肉的朝顏屬植物,它們都各自想辦法來繁衍後代。植物一旦下種發芽生根就不能像動物一樣自由移動,但是我們可以從果實形狀和生存環境看到它們為了繁衍後代把種子送到新天地,而在漫長的進化歷史當中不斷地進行挑戰。


《有趣到不可思議的樹木果實圖鑑:300種果實驚人的機能美和造形美,前所未有的鑑賞級寫真》

作者:小林智洋、山東智紀
譯者:盧姿敏
出版者:遠流 
出版日期:2021年12月29日


作者簡介

小林智洋
1978年出生於京都,在長野輕井澤長大,早稻田大學文學部東洋哲學系畢業。在食品貿易公司工作一段時間 後繼承了父母親經營的果醬店。在一次偶然的機緣體會到樹木果實的樂趣及潛力而開始收集購買。2010年首次在東京一家二手書店舉辦樹木果實展售會,之後除了本業之外,另外以「小林商會」的名義收集並透過畫廊展覽、展售會以及網路,銷售來自世界各地的樹木果實。

山東智紀
1976年出生於和歌山,九州東海大學農學碩士,大阪大學應用生物工學博士。綠花文化人證書,從小就對多肉、食蟲植物、蘭花、蕨類、苔蘚與禾本等植物很感興趣。在大學除了研究銀杏的細胞核形態學及巴西橡膠樹製作的天然橡膠生物合成與積累之外,也在各地尋找植物和巨樹,並主導「植物帶來的訊息」展覽。2010年之後移居泰國並持續收集世界各地的樹木果實,以及動植物的觀察活動。


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