沿著岩石海岸線,作為一株單獨的海藻,生活可能很艱難。雖然有很多潛在的伴侶,但這些大型藻類的莖稈固定不動,可能的配偶通常會將它們的生殖結構隱藏起來。對於成團生長的紅藻Gracilaria gracilis來說,這是一個特殊的問題。它的雄性配子(精子)缺乏柔韌的鞭毛來推動它們在水中移動。“如果沒有游泳能力,精子需要以其他方式找到通往雌性植物的道路,”法國國家科學研究中心的生態學家米里亞姆·瓦萊羅說。
科學家們長期以來認為,海藻的精子只是隨著水流漂流,只有很小的機會落在雌性海藻的生殖器官上。但在週四發表在《科學》雜誌上的一項研究中,瓦萊羅和她的同事發現,這種海藻借鑑了開花植物的做法,利用“傳粉者”——在這種情況下,是被稱為等足類的Idotea balthica物種(一種類似昆蟲的甲殼動物)——來幫助它們完成受精。這是首次記錄到藻類進行水生授粉的例子。
為了測試等足類在海藻繁殖中被懷疑的作用,瓦萊羅和她的團隊從海岸線收集了Gracilaria的莖稈,並將它們放入模擬低潮時海岸岩石池塘條件的缸中,這時海藻會進行大部分繁殖。在第一個實驗中,雄性和雌性莖稈都被懸掛在有或沒有等足類的缸中,這些等足類可以長到大約一節AAA電池的長度。為了衡量繁殖的成功率,研究人員計算了在雌性海藻上發芽的受精細胞(稱為孢子囊)的數量。他們觀察到,暴露在等足類中的海藻莖稈的繁殖成功率比沒有甲殼動物的缸中的高出大約20倍。
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Idotea balthica物種的等足類在雄性Gracilaria gracilis(左側)和雌性(右側)上覓食。有些緊緊地抓在海藻上,因此精子可以沉積在它們身上,使它們能夠使海藻受精。圖片來源:© IRL 3614, Station Biologique de Roscoff, CNRS, SU, Roscoff, France
為了確保等足類本身是繁殖激增的原因(而不是說,一株特別活躍的海藻),研究人員進行了第二個實驗,他們只將雌性莖稈放入兩個獨立的缸中。一個缸含有先前接觸過雄性海藻的等足類;另一個缸沒有等足類。該團隊發現,儘管附近沒有雄性莖稈,等足類仍然增加了雌性海藻上受精孢子囊的數量。
當等足類在雄性海藻莖稈上爬行時,它們會被覆蓋著粘性、粘液狀物質的精子轟擊。就像覆蓋著花粉的蜜蜂將花粉從植物傳播到植物一樣,等足類在海藻叢之間移動時,將精子傳播到整個潮汐池中。作為其生育護理員的回報,等足類利用海藻作為庇護所,並以附著在莖稈上的小型藻類自助餐為食。
中國昆明植物研究所的客座教授、生態學家傑夫·奧勒頓說,這一發現非常有趣,因為等足類和紅藻是世界各地潮間帶生態系統中常見的生物,並且已經被研究了幾個世紀。“它們很早以前就被人們所知,但直到現在我們才瞭解到它們實際上會相互作用,”他說。奧勒頓沒有參與這項新研究,但他提供了評論,並為《科學》雜誌撰寫了對該研究的分析,他認為這一發現突顯了許多複雜的類似授粉的相互作用可能隱藏在人們的眼皮底下。在他自己的研究中,他估計在超過30萬種已知的動物授粉開花植物中,只有10%的傳粉者被記錄在案。
墨西哥國立自治大學的海洋生態學家布里吉塔·範圖森布羅克說:“我懷疑這種情況在海洋中比我們想象的要普遍得多。”她沒有參與這項新研究,但在2016年發現,海洋海草植物是由浮游生物等生物授粉的。“關於海洋植物和藻類的有性繁殖的資訊很少,”範圖森布羅克說。
新發現可能具有進化意義。科學家們長期以來認為,動物驅動的授粉起源於中生代時期,當時開花植物大約在1.4億年前首次出現。最近發現的一些苔蘚和真菌也依賴動物進行受精,這可能會將授粉等同物的起源追溯到 4.5 億年前的陸地殖民早期。但是,在海浪下發生類似授粉的相互作用的發現可能會將這一發展推得更遠。
Gracilaria的祖先在十億多年前就在原始水池中漂浮,比複雜動物早數億年。早期的藻類可能依賴被動受精,但一旦大約在5.5億年前出現祖先節肢動物,就可能形成了互利的夥伴關係。“你可能擁有動物和植物前體之間長達 5 億多年的不間斷的相互作用鏈,”奧勒頓說。“從這個意義上說,它重構了我們對授粉的看法。”
