[科普中國(guó)]-綠絨蒿、雪兔子、龍膽……為什么高山上花朵更迷人？ | 顧有容

墊狀植物的生長(zhǎng)速度非常慢，每年直徑只能增加一厘米左右。所以如果我們?cè)诟呱缴峡吹揭粋€(gè)直徑一米的墊狀植物，它可能長(zhǎng)了上百年時(shí)間。

高山上傳粉昆蟲(chóng)是一種很稀缺的資源，馬先蒿可以在同一只熊蜂身上的不同位置來(lái)劃分自己的勢(shì)力范圍，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了生殖隔離，這是一件非常有意思的事情。

2020年6月13日，“我是科學(xué)家”第21期演講現(xiàn)場(chǎng)，首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、中國(guó)野生植物保護(hù)協(xié)會(huì)理事顧有容帶來(lái)演講：《綠絨蒿、雪兔子、龍膽……為什么高山上花朵更迷人？》。

顧有容演講視頻：

以下為顧有容演講實(shí)錄：

大家好，我是植物人顧有容。

我是一個(gè)研究高山植物的人。所謂高山，一般指海拔超過(guò)3000米的山。因?yàn)橛星嗖馗咴拇嬖?，中?guó)可能有1/4的國(guó)土面積都處于這個(gè)海拔甚至更高，所占面積非常大。

這些地方的植物給人最直接的印象就是： 花都特別美 。

為什么這些長(zhǎng)出這么漂亮的花來(lái)？這是我今天想跟大家分享的故事。

這種植物叫做光葉玉蘭，也叫康定木蘭，是中國(guó)特有的一種木蘭科珍稀瀕危植物。它的分布區(qū)域很狹窄，就在貢嘎山周?chē)恍∑胤?，野外個(gè)體數(shù)量不到2000株。

2012年，山水自然保護(hù)中心發(fā)起了一次“康定木蘭野外回歸”活動(dòng)，發(fā)動(dòng)一些喜歡植物、也愿意為植物保護(hù)貢獻(xiàn)力量的人，去把人工繁育的康定木蘭幼苗栽回它的野外生境，來(lái)擴(kuò)大它的野生種。

在這次活動(dòng)里，我第一次見(jiàn)到了我媳婦桔子。我們當(dāng)年一起栽的那些康定木蘭，今年已經(jīng)開(kāi)花了。

為什么我有機(jī)會(huì)去參加這種能夠撿到媳婦的活動(dòng)呢？因?yàn)槲沂且粋€(gè)研究高山植物的人，所以一個(gè)在雖然不是那么高的山上進(jìn)行的植物公益活動(dòng)會(huì)請(qǐng)我去當(dāng)科學(xué)顧問(wèn)。

我正經(jīng)的工作環(huán)境是什么樣的？大家可以看一下——

這是一個(gè)海拔3000米左右的高山濕地。從下往上，我們可以看到湖泊干涸之后形成的沼澤，然后是一些針葉林，再往上能夠看到一些風(fēng)化的山體。

這是青藏高原高原面上的景象，看起來(lái)像Windows桌面。這就是我們工作的日常環(huán)境，因?yàn)楦咴鋵?shí)是海拔很高的平原，地勢(shì)本身非常平緩；但是往遠(yuǎn)處，你能夠看到一些比較高的山。這張照片里面，遠(yuǎn)處的那個(gè)山就是巴顏喀拉山脈東段的主峰年保玉則，最高海拔在5600米左右。

這是四川省的第二高峰四姑娘山，它的主峰海拔是6250米——當(dāng)然我不會(huì)爬到那么高的地方。這個(gè)山的難度很高，我只能爬到5200~5300米的樣子，而且再高的地方也沒(méi)有植物了。

在這張照片里，我們可以看到由高山灌叢，到高山草甸，再到高山流石灘和冰緣帶的環(huán)境過(guò)渡。越高的地方，溫度就越低，風(fēng)就越大，對(duì)植物來(lái)說(shuō)就越嚴(yán)酷——這些地方的植物往往會(huì) 演 化出一些非常特別的性狀來(lái)適應(yīng)環(huán)境 。

這是的工作狀態(tài)。因?yàn)槲已芯康膶?duì)象都是草本植物，所以我平時(shí)不管是拍照、采標(biāo)本，還是做野外實(shí)驗(yàn)，都是趴在地上干活的。

說(shuō)起來(lái)有一段辛酸的往事。

我讀博士的時(shí)候研究的是木本植物，大概二三十米高的喬木。如果要做傳粉實(shí)驗(yàn)，就得專(zhuān)門(mén)去搭一個(gè)腳手架，特別辛苦。所以畢業(yè)后，我就打死都不做喬木，改研究草本植物了。

當(dāng)然，也和高原上的植物確實(shí)長(zhǎng)不高有一定的關(guān)系。我們經(jīng)常開(kāi)玩笑說(shuō)，當(dāng)?shù)氐哪颈局参镩L(zhǎng)不大，森林只有50厘米高——實(shí)際上是高山灌叢，不是森林。

我來(lái)北京之后的幾年，如果需要做野外工作，而桔子又有假期，我們倆就會(huì)一塊去野外。

桔子是我認(rèn)識(shí)的體能最好的人之一，這張照片是她最后一次陪我出野外時(shí)拍的。大家能看出來(lái)，這個(gè)人已經(jīng)懷孕7個(gè)月了嗎？

當(dāng)時(shí)她跟我一塊去跑四川的甘孜州和云南的迪慶州做采集，這張照片是在九龍縣的雞丑山上面，我們從海拔4300米一直爬到山頂，山頂海拔大概4600米。但這之后她就再也沒(méi)有跟我一塊出野外了，因?yàn)槲覀兊暮⒆映錾耍缶屯耆堰@個(gè)媽媽給黏住了。我有點(diǎn)郁悶，因?yàn)楹芏嘁巴獾暮猛媸虑?，沒(méi)法第一時(shí)間跟桔子分享了。

但沒(méi)關(guān)系，我自己一個(gè)人出野外也挺樂(lè)呵的。

大家來(lái)到高山上的時(shí)候，往往會(huì)被植物的美感所吸引。普通人的第一觀感往往是：這些花怎么那么大，顏色怎么那么鮮艷，為什么能夠一開(kāi)就開(kāi)那么大一片？

但這些東西對(duì)我來(lái)說(shuō)都是科學(xué)問(wèn)題。高山上植物的這些美感，實(shí)際上是適應(yīng)特殊生境所演化出來(lái)的一些性狀。它們是如何演化出來(lái)的？它們是如何和環(huán)境之間發(fā)生相互作用的？這就是我需要去探討的一些問(wèn)題。

比如，高山上植物主流的顏色是藍(lán)紫色，要么是藍(lán)色，要么是紫色，我這兒專(zhuān)門(mén)貼出來(lái)這幾張。

為什么高山上藍(lán)紫色花的比例比平地上要大得多呢？

因?yàn)楦吆０问且粋€(gè)紫外線較強(qiáng)的環(huán)境，植物需要在花里面去 積累更多的花青素來(lái)抵御紫外線 ，所以就產(chǎn)生了很多藍(lán)紫色的花。

尤其是綠絨蒿屬植物，它們有天藍(lán)色的花，別稱(chēng)叫藍(lán)罌粟。是一種非常美的花，只能在高山上看到，其他地方?jīng)]有這么正的藍(lán)色。

還有更夸張的，紫色深到接近黑色的花。平地上要培育出這種接近黑色的花很難，要專(zhuān)門(mén)花很多年時(shí)間去做雜交選育，才能夠栽培出比如說(shuō)黑玫瑰、黑牡丹或者黑郁金香——但高山上它自己就能產(chǎn)生。

而且，同一個(gè)物種隨海拔逐漸升高，花的顏色可能會(huì)越來(lái)越深。這很好理解，就是我剛才說(shuō)的理由，它需要積累大量花青素來(lái)抵御紫外線的侵襲。所以我們?cè)诤０?500米~5000米之間的地方，就能夠見(jiàn)到這類(lèi)深紫色到接近黑色的花，包括報(bào)春，貝母，還有很多菊科植物，它們的顏色都特別深。這是自然產(chǎn)生的現(xiàn)象，沒(méi)有人在里面干預(yù)。

在高山上看到的植物還有一個(gè)特性：很多植物在開(kāi)花的時(shí)候，花占植物體的部分比葉或莖要多很多。

比如這一棵擬秀麗綠絨蒿，它是生活在高山流石灘上的一種植物，你看它一個(gè)植株能夠開(kāi)十幾朵花，每朵花的直徑都可能有七八厘米，比它下面葉子占的地方多多了。

為什么會(huì)形成這樣的性狀呢？

高山上，傳粉昆蟲(chóng)是一種比較稀缺的資源，每種植物都希望能夠開(kāi)出盡可能多的花來(lái)吸引昆蟲(chóng)的注意力。但開(kāi)花對(duì)植物本身是一個(gè)特別大的負(fù)擔(dān)，所以它沒(méi)法每年都開(kāi)出這么多的花來(lái)。

像上圖的擬秀麗綠絨蒿，它是一種多年生一次開(kāi)花的植物，它之前幾年每年都只長(zhǎng)葉子，然后把光合作用積累的能量?jī)?chǔ)存在貯藏根里，就像底下一個(gè)小蘿卜一樣。存了幾年，終于存夠了，就在最后一年爆發(fā)式地開(kāi)出好多特別大的花來(lái)，種子成熟后，整個(gè)植株就枯死了。

所以，這實(shí)際上是高山植物為了實(shí)現(xiàn)自己繁殖的目的，去 高效調(diào)配資源進(jìn)行分配的一種方式 。

既然長(zhǎng)葉子和開(kāi)花都是非常不容易的事情，那么如果被食草動(dòng)物吃掉就特別可惜。有一些植物在營(yíng)養(yǎng)期 （只長(zhǎng)葉子的時(shí)期） ，它會(huì)把葉子的顏色長(zhǎng)得跟石頭一樣，這樣的話，那些食草動(dòng)物可能會(huì)發(fā)現(xiàn)不了它，也就沒(méi)法去吃它了。

另外還有一個(gè)更簡(jiǎn)單粗暴的方式，就是渾身長(zhǎng)出刺來(lái)，可以防止比較大型的食草動(dòng)物 （比如牛羊或鼠兔之類(lèi)的哺乳動(dòng)物） 去吃它的葉子。

多刺綠絨蒿就是一個(gè)典型例子，渾身都長(zhǎng)滿(mǎn)了硬刺。它拉丁學(xué)名的種加詞 horridula 是可怕的意思，確實(shí)很可怕。雖然花很好看，但你摸上去一定會(huì)扎手。

植物在高山上需要應(yīng)對(duì)的惡劣環(huán)境還有低溫和大風(fēng)，有的植物會(huì)渾身長(zhǎng)出很多毛，就像穿了一件毛衣或一條毛褲一樣，用這些毛來(lái)抵御寒風(fēng)的侵襲。

水母雪兔子是一種非?？蓯?ài)的高山植物，它也長(zhǎng)在流石灘上，它渾身都有那種很長(zhǎng)的細(xì)密的棉毛，就像一個(gè)小兔子蹲在那里，當(dāng)然你不仔細(xì)找的話可能會(huì)發(fā)現(xiàn)不了它。如果你把手指頭伸到它這一叢毛中間去，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面真的就特別暖和，就像把手塞進(jìn)一個(gè)毛手套里面一樣。但是開(kāi)花的時(shí)候，花就不能隱藏在毛褲里面了——得把花露出來(lái)，才能吸引到傳粉昆蟲(chóng)來(lái)幫助傳粉。

圖中這棵雪兔子正在開(kāi)花，它頂端這些紫黑色的部分就是它的花。它還嫌顏色不夠顯眼，還會(huì)散發(fā)出比較濃烈的類(lèi)似肉桂的香氣，通過(guò)這個(gè)來(lái)吸引高山上的熊蜂訪問(wèn)它的花，幫它授粉。

還有一些植物索性就把整個(gè)植株長(zhǎng)成了一個(gè)厚厚的墊子，我們把它叫做墊狀植物。墊狀植物實(shí)際上包含了很多種類(lèi)，但它們的植株形態(tài)都差不多。

這張照片里除了墊狀的點(diǎn)地梅外，還有一顆云狀雪兔子，也是一個(gè)靠毛多來(lái)抵御低溫的植物

比如這個(gè)高原點(diǎn)地梅，它的墊子是由很多條縮短而且密集地?cái)D在一起的莖形成的。莖的表面是一些能進(jìn)行光合作用的葉子，墊子內(nèi)部有很多腐爛了的往年葉子，所以有保溫的作用。如果你去拿溫度計(jì)測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)墊子內(nèi)部的溫度，可能會(huì)比外面的環(huán)境溫度高出10度之多。

除了保溫，墊子里面還有很多腐殖質(zhì)。其它植物的種子如果掉到墊子里，萌發(fā)后就能夠靠腐殖質(zhì)活下來(lái)。所以，墊狀植物能夠 給其它植物提供庇護(hù) 。在高山這種特別貧瘠的環(huán)境里，它是一種先鋒物種，能自己建立起一個(gè)小小的植物群落，非常有意思。但墊狀植物的 生長(zhǎng)速度非常慢 ，每年直徑只能增加一厘米左右。所以如果我們?cè)诟呱缴峡吹揭粋€(gè)直徑一米的墊狀植物，它可能長(zhǎng)了上百年時(shí)間，非常不容易。

除了被動(dòng)防御低溫，有些植物還能主動(dòng)利用太陽(yáng)能來(lái)提高自己某一個(gè)部位的溫度。這是一項(xiàng)我們已經(jīng)做了好幾年的研究。有些花會(huì)形成一個(gè)太陽(yáng)灶的結(jié)構(gòu)，通過(guò)花瓣把陽(yáng)光反射到雌蕊群附近，讓它雌蕊的溫度升高。我們用熱成像儀和光學(xué)照相機(jī)來(lái)分別拍攝，圖中左邊兩幅是熱成像儀下面的影像，右邊兩幅是光學(xué)下的影像。在左邊的熱力圖里，我們可以看到雌蕊附近的溫度確實(shí)比花瓣以及周?chē)h(huán)境高很多。在陽(yáng)光特別強(qiáng)烈的時(shí)候，溫差甚至有15度之多。

這樣的高溫有什么用？

可以保證雌蕊里面的 授粉過(guò)程快速且高效地完成 。授粉后，在有加溫的條件下，花粉管生長(zhǎng)的速度比不加溫的快好幾倍，最后結(jié)出種子的數(shù)量和質(zhì)量也更高。

研究之外，我這兩年的新歡是馬先蒿屬，是一個(gè)很特別的植物類(lèi)型。大概全世界有600種以上馬先蒿屬植物，2/3都在中國(guó)的青藏高原地區(qū)有分布。它是一類(lèi)半寄生植物種子剛萌發(fā)的時(shí)候，它是寄生在其他植物的根上，但長(zhǎng)大后，它就可以自己通過(guò)葉子來(lái)進(jìn)行光合作用，同時(shí)開(kāi)出很漂亮的花。

馬先蒿屬植物的花很特別，是一個(gè)“二唇形”的花冠。整個(gè)花冠裂成五片，上唇有兩片，下唇有三片。上唇的兩片會(huì)首先對(duì)折在一起，把雄蕊包裹在里面，然后會(huì)向前伸出，形成一個(gè)特別細(xì)長(zhǎng)、有時(shí)候很扭曲的一個(gè)所謂的“喙”，就像鳥(niǎo)嘴一樣，把雌蕊的柱頭固定在喙的先端位置。不同種類(lèi)的馬先蒿，它盔的形狀和喙的長(zhǎng)短差異非常大。我本身就是一個(gè)性格比較“扭曲”的人，所以特別喜歡這種長(zhǎng)得非常扭曲的花，覺(jué)得扭來(lái)扭去非常好玩。

但扭曲的特性并不只是好玩。每一種馬先蒿，它喙的扭曲方式都是特定的，雄蕊和雌蕊固定的位置也不一樣。

這有什么用呢？

如果同一個(gè)區(qū)域里有不同種類(lèi)的馬先蒿分布，它們就可以利用在區(qū)域里面活動(dòng)的同一種傳粉昆蟲(chóng)。比如，一種植物它可能用熊蜂腦袋的左半邊傳粉，另外一種可能用熊蜂屁股的右半邊來(lái)傳粉。本身高山上傳粉昆蟲(chóng)是一種很稀缺的資源，這些馬先蒿可以在同一只熊蜂身上的不同位置來(lái)劃分自己的勢(shì)力范圍，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了生殖隔離，這是一件非常有意思的事情。

我們?cè)隈R先蒿屬植物身上，可以見(jiàn)到盔和喙的長(zhǎng)度和形狀往不同方向演化的例子，而這個(gè)演化的過(guò)程本身也非常吸引人。青藏高原的植物多樣性調(diào)查還非常缺乏，所以肯定有很多沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)的馬先蒿屬物種。發(fā)現(xiàn)這些新物種的過(guò)程，以及了解它們花特殊的形態(tài)和傳粉者之間的相互適應(yīng)機(jī)制，是一件非常有意思的事情。我這兩年在做我自己的主業(yè)之余，會(huì)捎帶著去關(guān)注一下這件事情。我認(rèn)為這個(gè)屬非常好玩，大家有興趣可以去了解一下。

我的研究是植物在極端環(huán)境下會(huì)發(fā)生的適應(yīng)機(jī)制，高山本身是具有這樣特性的極端環(huán)境。那么，如果換成一個(gè)更加極端的環(huán)境，或者地球上本身不存在的環(huán)境，植物可能會(huì)演化成什么樣呢？

我最近參與策劃了一個(gè)科學(xué)藝術(shù)展覽，叫“ 星際花園 ”，就是通過(guò)一些科學(xué)的道理來(lái)推測(cè)：外星上的植物可能會(huì)長(zhǎng)成什么樣。這是一個(gè)大開(kāi)腦洞的事情，我們需要去設(shè)想外星上可能會(huì)有的環(huán)境，然后去想象在這個(gè)環(huán)境下植物有可能會(huì)變成什么樣子。

比如說(shuō)，一個(gè)表面完全被海洋覆蓋的星球，它沒(méi)有陸地，也沒(méi)有能在空中飛的傳粉動(dòng)物，那這個(gè)星球上的光合生物它有可能會(huì)長(zhǎng)成什么樣呢？其中一個(gè)設(shè)計(jì)是這樣的——

這種植物有漂在海面上的部分，還有更多垂到水下。它可以通過(guò)水上聚光的結(jié)構(gòu)，把來(lái)自它那個(gè)星系的太陽(yáng)光給聚集到下面一些類(lèi)似輸導(dǎo)組織的構(gòu)造里面，輸導(dǎo)組織里有一些像光纖的結(jié)構(gòu)，可以把光線導(dǎo)到很深很暗的海水里。

這樣，看起來(lái)就像是垂下來(lái)根的末端 （姑且認(rèn)為它是根吧） 在深暗的海水里面發(fā)亮，就可以吸引水里面的一些生物，比如說(shuō)當(dāng)?shù)氐聂~(yú)或者別的水生動(dòng)物來(lái)觸碰這些地方。植物的繁殖器官正好長(zhǎng)在這些位置，在這個(gè)過(guò)程中就有可能實(shí)現(xiàn)傳粉。

實(shí)際上，這個(gè)設(shè)想是把在地球上開(kāi)花的植物通過(guò)顏色、氣味等等一些信號(hào)來(lái)吸引傳媒者的特性，給搬到了一個(gè)完全是水的環(huán)境里面。 它背后的科學(xué)原理是通用的，只不過(guò)我們給它設(shè)想了一個(gè)更加奇怪的環(huán)境而已 。這一個(gè)系列我們策劃了十幾種植物，很快就要開(kāi)展了，到時(shí)候也歡迎大家關(guān)注，看看我們到底開(kāi)出了怎么樣的腦洞。

除了開(kāi)腦洞之外，我出野外的步伐也不會(huì)停滯下來(lái)。而且我也在不斷嘗試，希望把我全家，包括桔子老師還有我們孩子都一塊帶到野外去。我希望孩子們從小就開(kāi)始接觸這些高山上特殊的生命形態(tài)，拓展她們的視野。

我和桔子也做了一些嘗試，比如每年都會(huì)嘗試帶她們?nèi)サ揭粋€(gè)海拔更高的地方。這張照片是去年拍的，在四川西嶺雪山景區(qū)，我們爬到了一個(gè)海拔3800米左右的高度，兩個(gè)小朋友都非常頑強(qiáng)地挺過(guò)來(lái)了，我覺(jué)得她們沒(méi)有任何問(wèn)題，估計(jì)也不會(huì)高反。

謝謝大家。

演講嘉賓顧有容：《綠絨蒿、雪兔子、龍膽……為什么高山上花朵更迷人？》 | 攝影：Vphoto

監(jiān)制：吳歐

策劃：麥芽楊

編輯：麥芽楊、凝音

排版：凝音

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