植物大戰昆蟲

張井雄 吳建強

植物與昆蟲：神奇的“共進化”

從一開始，昆蟲和植物的關系就很微妙。總體而言，植物和蟲的關系可以分為兩類：一類是相互受益，比如昆蟲給植物傳播花粉，而植物為昆蟲提供食物，可謂相得益彰，互利互惠；然而，自然界中更普遍的植物和蟲的關系卻是第二類——單純的取食行為。

據統計，全世界大約存在792000種昆蟲，這些昆蟲中，大約45%以植物為食，我們稱之為植食昆蟲，以下簡稱昆蟲。

事實上，所有的植物都會被至少一種蟲類所取食，這就是共進化理論。共進化，也叫協同進化，最初由埃利希和雷文在研究粉蝶與其寄主十字花科植物關系時提出。簡要說來就是，植物通過進化，產生一系列的次生代謝物（植物中一大類并非生長發育所必需的小分子有機化合物），保護了自身；與此同時，昆蟲種群通過新的進化重新適應產生次生代謝物的植物；成對交互作用的結果造成昆蟲食性的專化、形成動植物生態關系多樣性。

該理論還認為：昆蟲對植物的取食大大增加了植物物種多樣性，這種植物物種多樣性又反作用于昆蟲，同樣也增加了昆蟲的多樣性，這是相互促進的。

植物進化：一場華麗的冒險之旅

生物總是在進化的。很少有植物像動物一樣移動，那么植物就注定要面臨更多的環境挑戰。例如非生物的環境因素：干旱、洪澇、紫外線、鹽堿條件等，再比如生物類的真菌、細菌和病毒的感染以及動物的取食等。在生物進化的早期，蟲類的祖先們開始以植物為食，因此，為了物種的延續，植物們不得不進化出一套適應環境的機制。

植物們不斷進化，一些優異的性狀就在不斷變化的環境中得以保留。需要說明的是，這種進化是非常緩慢的，可能一萬或者十萬個個體中只有一個個體發生了基因變化，而且這種基因變化很多時候是非常危險的。

大多數植物是靠葉片的光合作用來獲取營養的。但如果一棵植物因為基因變化導致葉片的縮小，就意味著營養的減少，在競爭激烈的環境中，這就可能導致這個個體的死亡。相反，如果這個基因變化導致了葉片的增大，那么這個個體成活的機會就比別的植物多。

在很多情況下，長出一個大葉子的機率遠遠小于長出一個殘缺葉子的機率。但毫無疑問，只要有朝著有利于群體生存的方向發展的可能，那么這種冒險就是值得的！

五花八門：植物的蟲蟲防御寶典

植物究竟進化出了什么法寶呢？ 根據防御方式的不同，我們可以將這種進化出來的優異性狀防蟲術統分為兩類：一類是非常直接的，稱之為“直接防御”。比如，有些植物會讓自己變得很難吃，于是蟲子吃得就少了，或者干脆不吃了；有些植物通過自身含有的蛋白酶抑制劑，使得吃了它們的蟲子消化不良，久而久之蟲子也就不吃了；有些植物長出堅硬鋒利的刺、毛，嚴禁蟲子靠近，或者給自己穿上厚厚的盔甲，增強角質層的厚度，增多蠟質的合成，讓蟲子們咬不動；還有些植物更狠，干脆釋放毒素，讓吃了它們的蟲子一命嗚呼。

另外一類植物的防御方式是間接的，稱之為“間接防御”。植物確實害怕被蟲子吃，可是螳螂捕蟬，黃雀在后，任你再厲害的蟲子，終究還是有天敵的。既然我搞不定你，那我就請你的天敵來搞定你。于是乎，有的植物在遭受蟲子襲擊的時候就釋放出一些揮發性化合物到空氣中，引誘植物的天敵前來捕食蟲子。

有的人就很好奇了，既然植物有防蟲能力，為什么我們的莊稼會遭受攻擊呢？這是因為，昆蟲們同樣不傻，它們也會進化：既然你讓我吃了不消化，那我就增強我的消化能力，吃再多也不怕消化不良；既然你身上有毒，那我就“配制”一個解毒藥，照吃不誤；既然你有厚厚的盔甲，那我就進化出比你的盔甲還要堅硬的嘴巴；既然你有硬硬的長刺不讓我靠近，那我就進化出厚厚的皮甲，讓你能奈我何？

尼古丁抗蟲：昂貴的代價

作為云南的支柱產業之一，煙草這種植物里有種化合物叫尼古丁，這是一種存在于煙草屬（茄科）植物中的生物堿，也是煙草的重要成分之一，它會使人上癮或產生依賴性。尼古丁是非常好的抗蟲化合物。煙草屬植物被蟲子咬食后，“哨兵”——也就是植物的感受系統就會發出被攻擊的信號，這個信號通過一套非常復雜的機制最終傳到“生產工廠”，命令其生產尼古丁，然后利用這種神經毒素來進行防御。

當然，植物防御昆蟲并不是沒有代價的。比如，合成尼古丁是非常“昂貴”的，因為尼古丁里含有氮元素，而氮是用來合成植物生長所需要的營養成分。因此，合成抗蟲用的尼古丁會降低植物的生長速率。

尼古丁生產出來后，被運送到莖葉。蟲子吃了含有尼古丁的葉片后，需要有個“解毒”的過程，這個過程對昆蟲來說也是一個費時費力的事情。如果蟲子沒有進化出解毒機制，就會中毒身亡。

但是，昆蟲也會進化，進化出對植物抗蟲化合物產生抵抗力的本領。比如，煙草天蛾就是一種非常耐受尼古丁的昆蟲。如果把煙草天蛾的耐受量和人的相比，人的耐受程度就太低了。這是昆蟲適應進化的結果。

尼古丁只是煙草屬植物所特有的抗蟲方式之一。其實，植物都含有多種多樣的次生代謝產物，而其中很多都有抗蟲功能，如棉花里的棉酚和辣椒里的辣椒素等，也是植物抗蟲用的化合物。

生長還是防御，這是一個問題

對于植物來說，當有蟲子來咬食時，它要做出決定，是集中力量進行防御，還是繼續快速生長。如果防御的代價高到一定程度，有的植物寧可不充分防御，而是選擇快速生長。

人們很早就提出了這個理論，而驗證這個理論的好例子也是煙草屬植物。在美國猶他州和亞利桑那州，生長有同一野生煙草的兩個品種，研究人員曾做過一項研究，把同一種蟲子放在這兩種煙草上，看看它們的反應是否相同，結果發現，猶他州野生煙草的抗性非常強烈，采用生產較大量尼古丁的方式來防御昆蟲；而亞利桑那州的野生煙草響應不強烈，但卻長得很快。

亞利桑那州的野生煙草，趁著蟲子慢慢咬食的時間，快快生長、開花、結果，完成播種后代的使命。也就是說，這種野生煙草并沒有采用著重于防御的手段，而是采用著重于生長的方式來對付蟲害。

進一步研究后，人們認為這和亞利桑那州野生煙草的生活環境有一定關系。這里蟲害不是很嚴重，野生煙草可以不用太在乎蟲子，盡快地完成開花、結果的生命過程足以應對蟲害。

當然，植物防蟲的手段遠不止這些。有的植物在碰到蟲害后，會產生某些特殊的氣味，吸引昆蟲的天敵來取食，從而起到防御作用；還有的植物會利用其他植物受到蟲害后產生的警戒信號，從而使自己快速地產生防御反應，來幫助自己御敵。

與此同時，昆蟲里也有聰明的角兒，你既然不讓我吃，我吃別的植物不就行了。既然我不能破解你的防守，那我就改變我的攻擊對象，于是，那些弱勢的植物就遭殃了。

儼然，一場進化的攻守大戰已經展開了。雙方都大展拳腳，卻又都奈何不了對方，接下來會發生什么？還是讓我們拭目以待吧！