知乎日报 08月25日
植物的“复苏”与“求生”:干旱、盐碱和极端环境下的生命奇迹
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本文介绍了植物在极端生存环境下进化出的令人惊叹的生命策略。从能够“脱水”再复苏的卷柏,到能在潮间带抵御盐分和风浪的红树林植物,再到在沙漠中迅速完成生命周期的短命植物,这些植物都展现了顽强的生命力。文章详细阐述了卷柏通过LEA蛋白应对干旱,红树植物通过特殊根系、胎生芽以及盐分过滤或排出机制适应海洋环境,以及沙漠短命植物在短暂适宜期内快速繁衍的生存之道。这些生命奇迹揭示了植物为适应恶劣环境而演化出的独特生存智慧。

🌿 **“九死还魂草”的脱水复苏之谜:** 卷柏属植物(如卷柏、垫状卷柏)是现实中的“复苏植物”,它们在干旱时能脱水变成“人干”,遇水则能恢复生机。这得益于一种名为LEA蛋白的物质,它能在干旱胁迫下快速表达,填充细胞间隙起到固定和缓冲作用,并锁住少量水分维持最低生命活动。环境适宜时,LEA蛋白吸水,帮助细胞恢复正常运转,实现“死而复生”。有记录称卷柏干燥11年后仍能复活。

🌊 **红树林植物的海上生存术:** 生长在潮间带的红树植物,如秋茄、木榄、白骨壤等,进化出了多种适应半水生和高盐环境的技能。它们拥有能抵抗风浪的特殊根系(如膝状根、板状根、呼吸根),还通过“胎生”现象(种子在母体上先发芽)提高后代存活率,让幼苗能直接随潮水漂流并扎根。此外,它们能通过根系过滤(如秋茄、木榄过滤高达99%的盐分)或叶片泌盐(如白骨壤、桐花树)来应对高盐海水。

🏜️ **沙漠短命植物的速生繁衍:** 部分沙漠植物为了抓住短暂的适宜生长季(可能仅一两个月),进化出了极快的生命周期,能在短时间内完成萌发、成熟、开花、结果。这些植物通常植株矮小,种子寿命极长,能在干旱数年后的降水来临时迅速萌发,完成生命循环。这种“揠苗助长”式的快速生长是它们在极端沙漠环境中繁衍后代的策略。

🌱 **植物适应多样性的生存智慧:** 除了上述例子,植物还通过其他多种方式应对严酷环境。例如,一些植物能实现“今年开花、明年结果”的生长模式,利用渗透压调节和抗冻蛋白抵御严寒,或通过“抱团取暖”和利用半透明苞片构建“温室”来改变局部微环境温度,展现了植物界令人惊叹的多样化生存智慧。

笑霜,生物学硕士|注册营养师|用数据说话的育儿及大健康科普

《三体》大家都有看么?

为了应对 3 个太阳带来的混乱且恶劣的生存环境,三体人进化出了一项特殊技能:当乱纪元来临,人们高喊着脱水,变成「人干」;等到恒纪元来临,再去浸泡恢复生机。

这种出现在科幻作品中的神奇复苏技能,还真不是凭空捏造。

现实中就生存着不少会脱水、遇水又复活的三体植物(啊不,复苏植物)。这也是植物们应对极端干旱环境的保命奇招。

会脱水的复苏植物

会脱水的植物典型就是卷柏科的卷柏属 Selaginella sp.部分植物,号称现实中的“九死还魂草”。

比如卷柏(Selaginella tamariscina)、垫状卷柏(Selaginella pulvinata),主要分布于我国的干旱地区,常生长于裸露的石灰岩表面或者石缝中,具有很强的耐旱性。俄罗斯西伯利亚、朝鲜半岛、日本、印度、菲律宾、越南、泰国等各地都有分布。

正常状态,垫状卷柏长这样:

但干旱季节时,它就变成了这样:

等再次遇到湿润的合适环境,卷柏又会重新恢复生机。

这不就是三体人的地球植物版么~~(除了不能被打包带走)

之所以能这么扛得住干旱,是因为卷柏体内有一种叫 LEA 蛋白的物质,在受到干旱的胁迫时,这种蛋白会在 12 小时内快速表达达到峰值,它可以在卷柏脱水的过程中,大量填充在细胞之间,起到固定和缓冲的作用。同时因为这种蛋白有很高的亲水性,可以锁住一部分保持最低限度生命活动的水分,让卷柏「虽枯犹活」。环境适宜的时候,LEA 蛋白再次大量吸水,帮助卷柏的细胞恢复正常运转,卷柏就此「还魂」死而复生。

据说,有位日本学者曾把卷柏晒干后,等了 11 年再放到水里浸泡,卷柏居然又复活了。但我没找到具体的出处,不知道是否确有其事。

此外传言含生草(学名Anastatica hierochuntica,又称杰⾥科玫瑰 rose of Jericho)也能复苏。这是十字花科含生草属里唯一的一种植物。生长在以色列内盖夫和撒哈拉沙漠中。含生草的高度不超过 15 厘米,开白颜色的小花。

每年的雨季过后,含生草枯死,茎叶都卷曲起来成为一个紧密的球形,把种子包裹在里面,随风迁徙。

但实际上,真正复苏的不是它的枝叶,而是被包裹着的种子。真相是,含生草属于「风滚草」,干旱时节它的枝叶会卷曲起来,将种子包裹在其中,形成风滚草的形态,随风迁徙。当雨季再次来临的时候,干燥的枯枝遇水后舒展开来,把里面的种子暴露出来。种子会趁着雨季迅速扎根、发芽。


海洋中的红树植物

大家见过在大海的潮水涨落之间,依然郁郁葱葱的真·海上森林么?

涨潮时,大片的树林被海水淹没。潮水退去,又露出一片绿色。

这个红树林湿地公园就在我家不远处,潮水涨上来,大片红树林被淹没,只留下特意种的比较高的「我爱中国」造型

这就是陆地向海洋过渡的一种特殊生态系统,红树林。里面生长的,大多是红树植物。

红树植物并不红,叶子也都是绿色的。之所以叫「红」树,是因为它们树皮中含有一种叫做单宁的物质,与空气接触后会被氧化为红色。

海水大家都知道,是咸的,盐度很高,假如手在盐水里泡着,身体里的水分是往外跑的。再加上潮水涨落,连石头都能给你冲刷出一个大洞。这生存环境实在说不上好。

涨潮时分的红树林|拍摄于下潭尾湿地公园
滩涂上的红树林小苗,看上去弱小、可怜又无助|拍摄于下潭尾湿地公园

那这些生长在滩涂上、每天被两轮涨潮退潮冲刷的红树植物,是怎么保命的呢?

为了适应潮涨潮落的半水生环境 + 高盐的水分,红树植物进化出了很多独特的保命技能,包括:

❤️各种奇特的根系,以对抗沿海地区的台风和潮水的冲刷

木榄(Bruguiera gymnorhiza)的膝状根

银叶树(Heritiera littoralis的板状根,板状根向上拱起,用于支撑和呼吸,以适应台风和潮湿多雨的气候

无瓣海桑(Sonneratia apetala的笋状呼吸根:

❤️让种子在树上先发芽、再掉落的独特「胎生芽」;

代表植物比如秋茄Kandelia obovata

我在下潭尾湿地公园拍到的秋茄

秋茄的胎轴长这样:

出处见水印

会「胎生」的红树植物还有木榄、桐花树等等。

这是木榄的胚轴:

这是桐花树(Aegiceras corniculatum的胚轴:

种子萌发需要大量的养分和相对稳定的环境,红树植物为了提高后代的存活率,直接让种子在树上先发芽,之后再掉落,随着潮水漂到各处的滩涂上扎根。

❤️根系拒绝吸收盐分 / 用叶片析出多余盐分的能力,以应对海水的高盐分

盐分拒绝者,比如前面提到的秋茄、木榄,它们的根系吸收水分时可以把大部分的盐分过滤掉,过滤效率高达 99%。

「盐分排泄者」比如白骨壤。

白骨壤,又叫海榄雌(学名:Avicennia marina(Forsk.) Vierh.),它除了有细棒状的出水呼吸根,帮助其进行气体交换,也具备胎生能力(种子在果实内萌发,形成具有幼苗雏形的胚体),还有一个特殊技能,就是利用叶肉的泌盐细胞,把叶子内的多余盐分排出叶子表面。

白骨壤(A. marina)叶片背面盐腺泌盐现象

桐花树也会泌盐:


还有一类植物也很神奇,因为生存环境过于恶劣,每年仅有短短一两个月甚至十来天的适宜环境,所以它们进化出了一种能力,在极短时间内完成萌发、成熟、开花、结果的整个生命周期。

沙漠中的短命植物

它们的生命周期有多短呢?

2~3 个月都算长的,很多只有 1~2 个月。

植株也通常比较矮小,可能只有 5~6cm 高,甚至只有 2~5cm 就会开花结果。它们的种子也具有极长的寿命,哪怕好几年都没有下雨也可以存活,直到下一次降水来临。

而且不是说短命植物只有这么短的寿命,当它们处于降水和温度比较合适的环境时,也会像普通的一年生小草一样寿命延长到整个适宜生长的季节。只是在沙漠的特殊环境,它们学会了用快速成长(真·揠苗助长)来繁衍后代。

在我们国家,这类短命植物主要出现在新疆北部的沙漠地区。比如这些


还有一些植物能耐极寒,也是妙招频出,比如今年开花、明年结果;利用渗透压调节和抗冻蛋白来抵御寒冷,通过抱团取暖改变局部微环境的气温,靠半透明苞片给自己造一个「温室」等等,晚点再补充~

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