任何不幸降落在澳大利亞瓶子草口狀葉片上的昆蟲都將迎來可怕的結局。植物的獵物被吸入容器狀的“瓶子”器官中，在那裡，一種特殊的酶混合物會消化受害者。
現在，透過研究瓶子草的基因組，並將它的食蟲液體與其他食肉植物的液體進行比較，研究人員發現，即使世界各地的食肉植物在進化上相隔數百萬年，它們也使用了相同的致命分子配方。
“我們真的看到了趨同進化的經典案例，”紐約州布法羅大學的植物基因組科學家維克多·阿爾伯特說，他是這項研究的共同負責人，該研究發表在2月6日的《自然生態與進化》雜誌上。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
食肉植物遍佈整個被子植物家族樹。澳大利亞瓶子草（Cephalotus follicularis）——原產於澳大利亞西南部的一小塊海岸線——與楊桃（Averrhoa carambola）的親緣關係比與美洲和東南亞發現的其他瓶子草物種更近。阿爾伯特說，這表明食肉性在植物中反覆進化，可能是為了應對它們生長的營養貧瘠的土壤。“他們試圖做的是從獵物中獲取氮和磷。”
致命配方
澳大利亞瓶子草產生致命的“瓶子”葉子——類似於露齒而笑——以及扁平的葉子。在對該物種的基因組進行測序後，阿爾伯特的研究小組確定了在瓶狀葉子和植物的其他非食肉葉子之間差異啟用的基因。這些基因包括參與制造澱粉和糖的基因，這些基因可能有助於產生吸引昆蟲走向死亡的花蜜，以及編碼蠟狀物質的基因，這些物質可能使昆蟲難以從瓶子中逃脫。
為了確定瓶子草如何吃掉它們的獵物，研究人員從頭狀瓶子草和其他幾種無關的食肉植物中採集了消化混合物樣本，並使用質譜法鑑定出總共35種蛋白質。許多蛋白質與其他被子植物用於 抵禦病原體的蛋白質有關。例如，植物通常產生分解一種名為幾丁質的聚合物的酶，作為防禦真菌的手段，真菌的細胞壁由這種化學物質構成。但阿爾伯特懷疑，澳大利亞瓶子草和其他食肉植物已經將這種酶重新用於消化昆蟲的外骨骼，昆蟲的外骨骼也是由幾丁質製成的。
在新的分析中，阿爾伯特和他的同事還發現，在遠緣相關的食肉植物中，包括瓶子草物種，用於製造消化液蛋白的基因具有共同的進化起源。更重要的是，這些基因中的一些已經獨立進化，以在不同物種中以相似的方式改變它們編碼的酶的形狀。研究人員還沒有證據，但他們認為，這些突變可能有助於穩定酶，當它們共同存在於消化液中時。
哈佛森林的生態學家亞倫·埃裡森說，雖然研究人員已經認識到趨同進化對食肉植物的重要性，但這項新研究很重要，因為它證明了這種趨同可以發生在分子水平上，他說。
如果植物不能首先誘捕昆蟲，那麼獲得吃昆蟲的能力就沒什麼用處，阿爾伯特指出，在這裡，進化已經提出了更多不同的解決方案。捕蠅草會誘捕獵物，而狸藻則使用微小的吸盤來固定受害者。在他1875年出版的《食蟲植物》一書中，查爾斯·達爾文收錄了茅膏菜用來將昆蟲釘在葉子上的觸手的詳細圖紙。“難怪達爾文寫了一整本關於食肉植物的書，”阿爾伯特說。