為了搶地盤，植物打起架來也會“動手”！

出品：科普中國

作者：廖鑫鳳（中國科學(xué)院昆明植物研究所）

監(jiān)制：中國科普博覽

植物間暗戳戳的斗爭

看了題目你是不是會問，植物怎么動手？其實(shí)，把時(shí)間尺度略拉長一點(diǎn)的話，你會發(fā)現(xiàn)植物表現(xiàn)出的主動斗爭性一點(diǎn)都不比動物差：它們?yōu)榱说玫疥柟鈸屨伎臻g，通過精心布局遮蔽其他植物，直到把可利用的空間全部都填滿。

可以說，植物長出每一根枝杈和每一片葉子都是有“心機(jī)”的。它們的枝杈能在大方向上搶占空白區(qū)域，通過合理布局防止自己被遮蔽，而葉子還可以小范圍移動，通過扭動葉柄來使自己達(dá)到最大的向光程度。

常春油麻藤通過扭動葉柄移動自己的葉子

（圖片來源：作者）

你可能會在森林的冠層中看到過這種現(xiàn)象：樹與樹之間留有縫隙，仿佛彼此留有“情面”一樣，但這種叫作林冠羞避的現(xiàn)象很可能也不是它們互相禮讓，更可能是它們斗爭過后留下的痕跡。幾顆樹的枝杈互相侵?jǐn)_彼此的空間后，它們雖然不直接出手“打架”，但冠層間的風(fēng)會讓它們“短兵相接”。就這樣，經(jīng)過長期物理磨損后，才在冠層間留下了這默契的縫隙，給底層的植物留出了陽光。

林冠羞避現(xiàn)象

（圖片來源：維基百科）

在地下，植物的根系像動物搜尋食物一樣行動，表現(xiàn)出覓食性，它們默默斗爭，奪取地下的水分與營養(yǎng)元素，幾乎寸土不讓。根系如同植物的地上部分一般，默默拓展，提前搶占地下的空白區(qū)域，根系的暗斗也讓植物出現(xiàn)分化，讓地下空間中的根也如地上部分一樣出現(xiàn)分層，仿佛彼此禮讓一般，但實(shí)際也是斗爭后的結(jié)果。

地下根系結(jié)構(gòu)

（圖片來源：The Turfgrass Group）

植物甚至在地面上也會有提前“布局”。它們會通過落葉向地面“投毒”，這些葉片被分解后產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)能抑制其他植物萌發(fā)。比如，你可能會見到核桃林下植物稀疏，這是因?yàn)楹颂彝ㄟ^葉片向地面釋放核桃酚，來阻止其他植物與自己搶奪資源，這種策略被稱作化感作用。

化感作用導(dǎo)致林下無植物生長

（圖片來源：維基百科）

這些常見的斗爭方式顯示出植物已經(jīng)為爭搶地盤與資源暗戳戳地彼此爭斗了，但還沒有像動物一樣直接動手，這是因?yàn)橹参锏囊苿有暂^差，不方便動手。但最新的研究發(fā)現(xiàn)，植物可以通過持續(xù)性生長帶來的變化直接“動手”。

植物中的“動手打架黨”

比如生長于亞馬孫的王蓮（Victoria amazonica），它們蓮如其名，霸主氣質(zhì)讓人拍案叫絕。

在亞馬孫，王蓮要從河面冒出來的時(shí)候，河面可能已經(jīng)被其他水生植物塞滿了。對那些適應(yīng)水面生境的植物來說，水面可是一個(gè)優(yōu)越的所在，不缺陽光，能自由移動。因此在生長季來臨的時(shí)候，植物熙熙攘攘，水面的競爭如非洲草原一般激烈。

可惜的是，這些浮水植物的優(yōu)勝只是一時(shí)的，王蓮在葉子冒出水面之前就已經(jīng)在蓄力了。作為沉水植物，它們有根系扎在土壤之中為它們穩(wěn)固身形，它們的葉子被葉柄托舉出水面時(shí)，王蓮就已經(jīng)做好準(zhǔn)備開戰(zhàn)了。

亞馬孫王蓮葉片從水底冒出

（圖片來源：NikonClub Singapore）

在水下時(shí)，王蓮的葉芽已經(jīng)完成分化，盡管到達(dá)水面時(shí)仍是一個(gè)芽，但它生長十分迅速，能快速地?cái)U(kuò)充。葉子不斷長大的同時(shí)，向周圍不停地伸展，王蓮葉背的刺在生長和伸展時(shí)，還可以傾軋周圍的植物。

王蓮用葉背的刺傾軋其他植物

（圖片來源：Wordpress）

如果用延時(shí)攝影展示王蓮的生長過程，它們?nèi)~子的一整套操作就能浮現(xiàn)出全貌。原來，在葉子未展開時(shí)，葉背的刺就會伸出來、卷曲著，起到保護(hù)芽點(diǎn)的作用。

隨著葉片的生長擴(kuò)張，葉片本身也開始在河面做回旋運(yùn)動，以河底的根系為支點(diǎn)，以葉柄為半徑，開始像套馬桿一樣繞圈。其他植物對此毫無招架之力，葉子上的刺也得以清掃湖面，所向披靡，霸氣程度不亞于非洲草原上的獅子王。

亞馬孫王蓮葉片利用橫掃傾軋最后統(tǒng)治水面

（圖片來源：rove.me）

先“躺平”后動手的“心機(jī)”植物

王蓮利用生長帶來的力量主動出擊，在河面上與其他水生植物搶地盤。無獨(dú)有偶，一種生活在薩瓦納草地環(huán)境中的菊科小草——地膽草（Elephantopus elatus），也利用相同的策略在地面上展開了斗爭。

它們看起來像是已經(jīng)完全“躺平”了：葉子主要在地表，鋪成蓮座狀，一點(diǎn)都沒有要出頭的意思。它們冒出頭的唯一時(shí)期是在繁殖季，花會抽出地表來，方便傳粉、散布種子。其余時(shí)候，葉子就完全是“躺平”的狀態(tài)，只在水平方向拓展。

地膽草的躺平姿態(tài)

（圖片來源：phytoimages.siu）

在這種生長模式下，它們很快就會被快速冒出來的草遮蔽掉。有意思的是，它們蓮座狀的葉子雖然沒有辦法在地表的垂直方向表現(xiàn)出競爭力，但它們可以“步步為營”。

它們的葉片在生長的時(shí)候，葉片邊緣向內(nèi)卷曲，像一個(gè)托盤倒扣在地面上一樣，以此來獲得抓地力，這樣葉片快速伸長的時(shí)候，就能把附近冒出來的草苗推開，不讓自己的區(qū)域被遮蔽。這樣一來，四散開來的地表葉就可以在地表搶地盤了。

科研人員從野外生境中移植了地膽草用于做實(shí)驗(yàn)，在它們?nèi)~子生長的方向上插了一根塑料管，塑料管上安裝了微型的測力儀器。研究發(fā)現(xiàn)，通過在地上匍匐生長，地膽草用葉尖不停往前推，葉片平均能推出0.018N的力，最大時(shí)能達(dá)到0.2N。

地膽草葉片產(chǎn)生的推力大小范圍

（圖片來源：參考文獻(xiàn)，漢化：祝歡）

盡管這些努力看起來似乎微不足道，但它們并不是蚍蜉撼樹。它們面對的不是身軀龐大的巨人，而是剛剛冒出頭的草類幼苗，它們要做的事情是把幼苗扼殺在搖籃里，防止它們長起來后再遮蔽自己。

地膽草產(chǎn)生的推力與推動的距離測量

（圖片來源：參考文獻(xiàn)）

科研人員除了測力外，還將黑麥草（Lolium perenne）的幼苗放置在地膽草的周圍，他們發(fā)現(xiàn)地膽草產(chǎn)生的力足夠推動甚至覆蓋20株黑麥草的幼苗。

這不僅是地膽草用力推動的作用，也有來自于體形上的打壓。面對未伸展的草幼苗，地膽草的葉片顯得十分寬大，相當(dāng)于用推土機(jī)去推一堆小草一樣，并不需要花費(fèi)多大的力氣。如果第一次并沒有推動的話，地膽草還會從同樣的基點(diǎn)發(fā)出第二波、第三波葉子，頗有些不達(dá)目的誓不罷休的豪邁感。

地膽草推動周圍生長的黑麥草

（圖片來源：參考文獻(xiàn)）

對生活在季節(jié)性草地的地膽草來說，它的主動競爭策略是有針對性且有效的。在草類的生長季來臨之時(shí)，這些草會從地下芽中迅速拔高，過不了多久，這些高草就能遮蔽地膽草，讓其成為真正的無陽光可享的最底層。

薩瓦納完全生長起來的草地

（圖片來源：Pinterest）

但通過葉片的快速生長，研究人員估計(jì)，一株地膽草能保住自己0.1平方米的面積，這一塊區(qū)域?qū)⒃谕屏ΑⅢw形壓制的作用下無法產(chǎn)生遮蔽。這樣的話，即使地膽草仍然在地表，但上層沒有被占據(jù)，它也會是最頂層，享有充足的陽光。

地膽草葉片快速生長，產(chǎn)生推力

（圖片來源：參考文獻(xiàn)）

結(jié)語

這個(gè)發(fā)現(xiàn)給植物的主動斗爭研究切開了一個(gè)口子，我們周圍有蓮座狀葉子的植物也不少，它們看起來似乎安安靜靜地待在地表，但也許它們其實(shí)也一直在暗下功夫。

我們不妨想象一下，當(dāng)我們看到一片森林時(shí)，我們看到的也許只是植物斗爭后的結(jié)果。森林的垂直結(jié)構(gòu)往往很明顯，喬木在最上層，灌木次之，草本層在最下，藤本攀爬在其中，但如果我們仔細(xì)想想這個(gè)過程的話，可能每一種植物占據(jù)自己位置的過程也十分刺激、激烈。也許，植物未來會有更多的主動“動手”的事件等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Sicangco, Camille K., et al. "Active space garnering by leaves of a rosette plant." Current Biology 32.8 (2022): R352-R353.