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 犀然 2017-02-13

其實(shí)何止今年春節(jié)期間的北京市場(chǎng),世界上本來(lái)就沒(méi)有“果實(shí)”這種東西?,大家都被假象蒙蔽了——被子植物在地面以上都只有莖和葉兩種器官,只是有些莖、葉或葉的附屬結(jié)構(gòu)為了繁殖長(zhǎng)得嬌艷美味罷了——下面先列舉幾種“水果”主要食用部分的真實(shí)身份:

蘋(píng)果是梨果,吃的是萼筒——變態(tài)葉和一部分變態(tài)莖
蘋(píng)果是梨果,吃的是萼筒——變態(tài)葉和一部分變態(tài)莖
柑橘類水果是柑果,吃的是內(nèi)果皮腺毛——變態(tài)葉上表面的絨毛
柑橘類水果是柑果,吃的是內(nèi)果皮腺毛——變態(tài)葉上表面的絨毛


香蕉是漿果,吃的是胎座和內(nèi)果皮——變態(tài)葉的上表面和葉脈部分
香蕉是漿果,吃的是胎座和內(nèi)果皮——變態(tài)葉的上表面和葉脈部分
葡萄是漿果,吃的是中果皮和內(nèi)果皮——變態(tài)葉的葉肉和上表面部分
葡萄是漿果,吃的是中果皮和內(nèi)果皮——變態(tài)葉的葉肉和上表面部分
西瓜是瓠果,吃的是內(nèi)果皮和胎座——變態(tài)葉的上表面、邊緣和附屬物
西瓜是瓠果,吃的是內(nèi)果皮和胎座——變態(tài)葉的上表面、邊緣和附屬物
桃子是核果,吃的是中果皮——變態(tài)葉的葉肉
桃子是核果,吃的是中果皮——變態(tài)葉的葉肉
草莓是聚合瘦果,吃的是花托——變態(tài)莖
草莓是聚合瘦果,吃的是花托——變態(tài)莖

……

是的,買著貴,吃著甜,結(jié)果都是莖和葉——或者準(zhǔn)確地說(shuō),變態(tài)莖和變態(tài)葉。

iiiiiiiiii

葉一向給人樸實(shí)的印象,它們?究竟發(fā)生了什么,變態(tài)到了這種地步?為了明白這些蹊蹺,我們必須從解剖植物的性器官開(kāi)始。

開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地說(shuō),一朵花就是一根變態(tài)的枝:中間的花梗和花托是一根很短的莖;花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊排列其上,都是特化的葉。其中前三個(gè)都很容易理解,畢竟長(zhǎng)得真的有點(diǎn)兒像;雄蕊和雌蕊就有些費(fèi)解了,而這也是全部問(wèn)題的關(guān)鍵。

木蘭科是被子植物中的古老類群,花軸明顯是根短粗的莖,花瓣和花蕊螺旋狀緊密排列
木蘭科是被子植物中的古老類群,花軸明顯是根短粗的莖,花瓣和花蕊螺旋狀緊密排列

先拿雄蕊來(lái)說(shuō),它其實(shí)是一張葉片瘦得只剩中央的葉脈,成為花絲;又在頂端卷成了幾個(gè)筒裝滿花粉?,就是花藥。在實(shí)際觀察中,我們還常??吹侥承┬廴餂](méi)卷好,長(zhǎng)成介于花瓣和雄蕊之間的樣子,甚至完全退化成花瓣——很多觀賞花卉有重重疊疊的花瓣,就是專門(mén)培養(yǎng)這些雄蕊退化成葉狀的品種。??

這朵芍藥,有的雄蕊還是雄蕊,有的雄蕊退化成了卷曲瘦弱的花瓣,有的花瓣還殘留著花藥
這朵芍藥,有的雄蕊還是雄蕊,有的雄蕊退化成了卷曲瘦弱的花瓣,有的花瓣還殘留著花藥
從小孢子葉到雄蕊的進(jìn)化歷程
從小孢子葉到雄蕊的進(jìn)化歷程

雌蕊就更加明顯了,如果你在放大鏡下耐心地講它剖開(kāi)鋪展,你會(huì)發(fā)現(xiàn)雌蕊的子房部分其實(shí)是一片或幾片卷起來(lái)的葉子,邊上掛了幾個(gè)小珠子——這就是“心皮”和其中的“胚珠”;而葉片的尖端特別延長(zhǎng),卷成一個(gè)細(xì)細(xì)的喇叭管,那就是花柱和柱頭。

豌豆花是個(gè)好例子,它是單心皮雌蕊,一個(gè)子房來(lái)自一個(gè)心皮
豌豆花是個(gè)好例子,它是單心皮雌蕊,一個(gè)子房來(lái)自一個(gè)心皮
剖開(kāi)一粒豌豆的心皮,你會(huì)發(fā)現(xiàn)這就是一片葉子在葉脈上長(zhǎng)了幾個(gè)胚珠,將來(lái)發(fā)育成種子
剖開(kāi)一粒豌豆的心皮,你會(huì)發(fā)現(xiàn)這就是一片葉子在葉脈上長(zhǎng)了幾個(gè)胚珠,將來(lái)發(fā)育成種子
從大孢子葉到雌蕊的進(jìn)化歷程
從大孢子葉到雌蕊的進(jìn)化歷程

那么既然是花朵發(fā)育成了果實(shí),那么吃果實(shí)也不是吃別的,都是吃莖葉。

當(dāng)然,僅僅這樣并不能真的解決問(wèn)題,我們還要了解這種變態(tài)的過(guò)程,這又包含兩個(gè)問(wèn)題:一種是指在進(jìn)化史上,葉怎樣進(jìn)化成了花;另一種是個(gè)體發(fā)育中,原本可以發(fā)育成葉的組織怎樣發(fā)育成了花。

對(duì)于前者,我們已經(jīng)在雄蕊和雌蕊的解剖中看到了從孢子葉到花蕊的進(jìn)化歷程,這種看似簡(jiǎn)單的拓?fù)渥儞Q實(shí)際上耗費(fèi)了極其漫長(zhǎng)的光陰,從大約3.7億年前的泥盆紀(jì)早期,直到1.3億年前的白堊紀(jì)早期,占據(jù)了陸生植物的大半個(gè)進(jìn)化歷程。為了讀者容易理解,這里只用幾個(gè)關(guān)鍵類群作為案例,簡(jiǎn)單勾勒出這一進(jìn)化的線索。

大變態(tài)的歷史

在正式討論植物進(jìn)化之前,我們很有必要澄清一些概念:所有同時(shí)代的物種在進(jìn)化樹(shù)上地位平等,比如我們說(shuō)魚(yú)類進(jìn)化成了兩棲動(dòng)物,并不是說(shuō)今天的魚(yú)就是今天的兩棲動(dòng)物的祖先,而是說(shuō)兩棲動(dòng)物的祖先是遠(yuǎn)古時(shí)代的某些魚(yú),而且那些魚(yú)沒(méi)有留下任何還是魚(yú)的現(xiàn)存后代。我們?cè)谙挛膶?huì)討論進(jìn)化成裸子植物的蕨類植物和進(jìn)化成被子植物的裸子植物,同樣是這樣的進(jìn)化史概念,而不是中學(xué)課本上針對(duì)現(xiàn)存物種的簡(jiǎn)易劃分。

“蕨類植物”統(tǒng)稱了所有不結(jié)種子的維管植物,如果你成功地栽培過(guò)什么觀賞蕨類,就一定在蕨類的背面發(fā)現(xiàn)過(guò)一些整齊分布的金色、橙色或褐色的粉末——對(duì)于蕨類植物來(lái)說(shuō),它們的任何一片葉都同時(shí)是它們的生殖器官,那些粉末是成群的孢子囊,叫做孢子囊群,長(zhǎng)出孢子囊群的葉就是孢子葉。?

歐洲鱗毛蕨(Dryopteris filix-mas)葉子背面的每個(gè)鱗片都藏著很多未成熟的孢子囊
歐洲鱗毛蕨(Dryopteris filix-mas)葉子背面的每個(gè)鱗片都藏著很多未成熟的孢子囊
上圖的孢子囊成熟后就暴露出來(lái),每一個(gè)金色或褐色的膠囊就是就是一個(gè)孢子囊
上圖的孢子囊成熟后就暴露出來(lái),每一個(gè)金色或褐色的膠囊就是就是一個(gè)孢子囊

與種子植物不同,蕨類的孢子雖然是單倍體,卻沒(méi)有精子和卵子的區(qū)別,它們隨風(fēng)雨飄落在地面,直接生長(zhǎng)成一個(gè)苔蘚似的單倍體植物,稱為“配子體”或“原葉體”,原葉體能獨(dú)立地光合作用并吸收養(yǎng)分并,然后有絲分裂產(chǎn)生精子和卵細(xì)胞,它的受精卵長(zhǎng)成一棵蓬勃茂盛的雙倍體植物,稱為“孢子體”,也就是我們通??吹降霓ь愔参锪恕襁@樣由兩個(gè)迥然不同的配子體世代和孢子體世代交替出現(xiàn),就叫“世代更替”,出現(xiàn)在所有陸生植物身上。

顫鳳尾蕨(Pteris tremula)的原葉體,很容易被誤認(rèn)為是幼嫩的苔蘚
顫鳳尾蕨(Pteris tremula)的原葉體,很容易被誤認(rèn)為是幼嫩的苔蘚
新的鳳尾蕨從原葉體上長(zhǎng)出來(lái)
新的鳳尾蕨從原葉體上長(zhǎng)出來(lái)
蕨類植物生命周期中的世代更替
蕨類植物生命周期中的世代更替

大變態(tài)的第一個(gè)階段

蕨類植物代表了“大變態(tài)”之前的陸生植物繁殖方式,這種繁殖方式無(wú)論孢子萌發(fā)還是原葉體生長(zhǎng),抑或原葉體上的受精,都非常依賴環(huán)境中的水,所以蕨類植物只能在降水充沛的地方生。于是在泥盆紀(jì)早期,某些現(xiàn)代不存在的蕨類身上出現(xiàn)了新的突破,成功地闖進(jìn)了干旱的內(nèi)陸,進(jìn)化成了裸子植物——這就是“大變態(tài)”的第一個(gè)階段。

春天的喜馬拉雅長(zhǎng)尾松(Pinus roxburghi)的小孢子葉簇,“雄塔”
春天的喜馬拉雅長(zhǎng)尾松(Pinus roxburghi)的小孢子葉簇,“雄塔”

第一個(gè)階段就是最關(guān)鍵的階段:裸子植物的孢子葉不再負(fù)責(zé)光合作用,在繁殖季節(jié)成簇生長(zhǎng),而且分化成了大小兩種:大孢子葉比如松塔中的每一片鱗,產(chǎn)生少數(shù)的大孢子囊;小孢子葉比如上圖中的每一個(gè)顆粒,產(chǎn)生眾多的小孢子囊。最容易觀察這一分化的例子是蘇鐵,它們生活在潮濕的熱帶,兩種孢子囊都非常顯眼。

雌雄兩柱琉球蘇鐵(Cycas revoluta),孢子葉聚成乳房狀的是雌性,聚成柱狀的是雄性
雌雄兩柱琉球蘇鐵(Cycas revoluta),孢子葉聚成乳房狀的是雌性,聚成柱狀的是雄性
闊葉蘇鐵(Cycas platyphylla)盛開(kāi)的大孢子葉,那些青澀的顆粒就是大孢子囊
闊葉蘇鐵(Cycas platyphylla)盛開(kāi)的大孢子葉,那些青澀的顆粒就是大孢子囊
闊葉蘇鐵成熟的小孢子葉,蓋滿了金黃的顆粒狀小孢子囊——這里就不發(fā)顯微圖了
闊葉蘇鐵成熟的小孢子葉,蓋滿了金黃的顆粒狀小孢子囊——這里就不發(fā)顯微圖了

而這背后最革命性的變化,就是裸子植物的孢子不再獨(dú)立生存,直接在孢子囊內(nèi)發(fā)育成配子體:裸子植物的大孢子囊表面被一層“珠被”包裹成球狀,成為一個(gè)“胚珠”,其中的大孢子會(huì)發(fā)育成“胚囊”;小孢子囊中的小孢子會(huì)發(fā)育為眾多“花粉”?;ǚ劢栾L(fēng)力飛到胚珠上,然后萌發(fā)出一根花粉管,插入胚珠,釋放精子,與胚囊里的卵細(xì)胞結(jié)合,發(fā)育為受精卵,最后再發(fā)育成種子,比如松子、白果。

雄塔里的花粉噴薄而出
雄塔里的花粉噴薄而出
松樹(shù)的花粉有兩個(gè)氣囊,幫助它門(mén)在空氣中漂浮
松樹(shù)的花粉有兩個(gè)氣囊,幫助它門(mén)在空氣中漂浮
萌發(fā)的松花粉,3就是花粉管,這根管子負(fù)責(zé)插入胚珠,把精子(4)送給卵細(xì)胞
萌發(fā)的松花粉,3就是花粉管,這根管子負(fù)責(zé)插入胚珠,把精子(4)送給卵細(xì)胞
銀杏(Ginkgo biloba)的胚珠成對(duì)生長(zhǎng),圖中的尚未成熟,沒(méi)有打開(kāi)珠孔
銀杏(Ginkgo biloba)的胚珠成對(duì)生長(zhǎng),圖中的尚未成熟,沒(méi)有打開(kāi)珠孔
銀杏胚珠縱切面和受精過(guò)程——大黑斑就是卵細(xì)胞,胚乳長(zhǎng)大了就是白果仁
銀杏胚珠縱切面和受精過(guò)程——大黑斑就是卵細(xì)胞,胚乳長(zhǎng)大了就是白果仁
歐洲紫杉(Taxus baccata )的種子包著假種皮,吸引鳥(niǎo)類運(yùn)輸種子
歐洲紫杉(Taxus baccata )的種子包著假種皮,吸引鳥(niǎo)類運(yùn)輸種子
以松樹(shù)為例的裸子植物生命史
以松樹(shù)為例的裸子植物生命史

這就引出了一個(gè)相當(dāng)反直覺(jué)的結(jié)論:胚囊和花粉并不是植物的組織或器官,它們是配子體,是完整的單倍體植物,它們?yōu)榱嗽诜敝持卸惚芨珊挡偶纳陔p倍體植物上,就好像某些深海鮟鱇的雄性雖然是個(gè)完整的魚(yú),但為了在繁殖中躲避黑暗,就寄生在雌性身上——既然是寄生生物,結(jié)構(gòu)就變得簡(jiǎn)單了,胚囊就是一團(tuán)沒(méi)什么分化的細(xì)胞核和幾個(gè)含有卵細(xì)胞的頸卵器;花粉更簡(jiǎn)單,一個(gè)大的花粉細(xì)胞套著兩個(gè)精細(xì)胞。進(jìn)一步的,胚囊和花粉是植株無(wú)性生殖的后代,種子是胚囊和花粉有性生殖的后代——種子是在繁殖孫子代,而不是子代。

大變態(tài)的第二個(gè)階段

第一個(gè)階段是大變態(tài)最關(guān)緊的階段,植物成功地攻克了離水繁殖這個(gè)難題,很快占領(lǐng)了整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)——在漫長(zhǎng)的中生代,它們一直是素食恐龍的主食。

侏羅紀(jì)溫暖濕潤(rùn),裸子植物長(zhǎng)成參天大樹(shù),是森林的主體
侏羅紀(jì)溫暖濕潤(rùn),裸子植物長(zhǎng)成參天大樹(shù),是森林的主體

然而侏羅紀(jì)晚期,又有一部分現(xiàn)代不存在的裸子植物實(shí)現(xiàn)了新的突破,也就是“大變態(tài)”的第二個(gè)階段:大孢子葉向上表面卷起,改名叫“心皮”,發(fā)展成雌蕊;小孢子葉變細(xì)伸長(zhǎng),發(fā)展成雄蕊——我們已經(jīng)在花蕊的介紹中看到過(guò)這個(gè)變態(tài)的歷程,已知最早的花朵出現(xiàn)在1.6億年前的侏羅紀(jì)晚期,上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)于中國(guó)遼寧,學(xué)名Euanthus panii,但直到2013年才認(rèn)識(shí)了它。?

Euanthus panii的花朵標(biāo)本和復(fù)原圖,花瓣很像裸子植物的鱗片,但雌蕊和雄蕊已成形
Euanthus panii的花朵標(biāo)本和復(fù)原圖,花瓣很像裸子植物的鱗片,但雌蕊和雄蕊已成形
一套種子植物的發(fā)生關(guān)系方案,圓點(diǎn)是現(xiàn)代不存在的共同祖先
一套種子植物的發(fā)生關(guān)系方案,圓點(diǎn)是現(xiàn)代不存在的共同祖先

除了包裹更嚴(yán)實(shí)以外,被子植物的胚珠和裸子植物的胚珠差距不大,但是有一個(gè)著名的“雙受精”現(xiàn)象:大孢子最終形成7個(gè)細(xì)胞8個(gè)核,花粉中的精子在抵達(dá)胚珠前會(huì)有絲分裂一次,一個(gè)與卵細(xì)胞結(jié)合,發(fā)育成胚,另一個(gè)與兩個(gè)極核結(jié)合,發(fā)育成胚乳——這在進(jìn)化上的來(lái)源尚不明確,可能來(lái)自一個(gè)雖受精但不能存活,而被吸收的胚;也可能就是裸子植物那個(gè)不受精就能發(fā)育的胚乳。

茄子的胚珠,注意右邊的顯微照片只有1個(gè)極核,因?yàn)榍芽浦参锏臉O核會(huì)在受精之前先融合
茄子的胚珠,注意右邊的顯微照片只有1個(gè)極核,因?yàn)榍芽浦参锏臉O核會(huì)在受精之前先融合


被子植物的生命周期
被子植物的生命周期

大變態(tài)的第二階段最初只是給胚珠和花粉提供了更周詳?shù)谋Wo(hù),但是很快開(kāi)辟出了新的更重要的用途:招蜂引蝶。

花藥產(chǎn)生的花粉富含脂肪和蛋白質(zhì),是昆蟲(chóng)不可多得的美食,吃得一塌糊涂還不擦嘴,隨著它們飛來(lái)飛去尋找花粉,也把滾了滿身的花粉帶給了另一朵花——這可比風(fēng)力傳播效率高多了,比起繁衍孫子,被昆蟲(chóng)吃掉的那點(diǎn)花粉權(quán)當(dāng)勞務(wù)費(fèi),一點(diǎn)兒都不用可惜。

顯微鏡下觀察工蜂的眼睛,只見(jiàn)每一根絨毛上都沾滿了花粉——簡(jiǎn)直是植物的空中采精站
顯微鏡下觀察工蜂的眼睛,只見(jiàn)每一根絨毛上都沾滿了花粉——簡(jiǎn)直是植物的空中采精站

于是很顯然的,越能吸引昆蟲(chóng)的花朵越能有效地繁衍后代,而越能采到花粉的昆蟲(chóng)也越容易生存——這一次規(guī)模盛大的“協(xié)同進(jìn)化”毫無(wú)疑問(wèn)是地球生命史上最華麗的雙人舞盛會(huì),到白堊紀(jì),無(wú)數(shù)最動(dòng)人的舞步就把陸地生態(tài)系統(tǒng)演繹得絢爛繽紛,芳香馥郁。

白堊紀(jì)晚期的北極,一對(duì)傷齒龍(Troodon formosus)站在盛花的木蘭樹(shù)下
白堊紀(jì)晚期的北極,一對(duì)傷齒龍(Troodon formosus)站在盛花的木蘭樹(shù)下

這是?因?yàn)槔ハx(chóng)總在溫暖的白晝活動(dòng),色覺(jué)和嗅覺(jué)都很發(fā)達(dá),花朵要吸引它們最好的辦法就是創(chuàng)造鮮艷的色彩和強(qiáng)烈的氣味——這件事只有花蕊周圍的結(jié)構(gòu)才能辦成,于是繼孢子葉發(fā)展成花蕊之后,又有一圈葉片開(kāi)始大量積累葉綠素之外的色素,尤其類胡蘿卜素和花青素,變得姹紫嫣紅;同時(shí)合成大量的低級(jí)酯等芳香物質(zhì),在陽(yáng)光的溫暖中由氣孔釋放出來(lái),顯得香氣撲鼻。

紫鴨趾草(Tradescantia zebrina)的氣孔
紫鴨趾草(Tradescantia zebrina)的氣孔
怒放的杜鵑花
怒放的杜鵑花
青春就像賞櫻花,要在短暫的那幾日去做那幾件事,錯(cuò)過(guò)了就只有遺憾
青春就像賞櫻花,要在短暫的那幾日去做那幾件事,錯(cuò)過(guò)了就只有遺憾

舉個(gè)極端的例子,蘭科是與昆蟲(chóng)協(xié)同進(jìn)化最默契的植物類群,也因此成為植物界第一大科,其物種數(shù)超過(guò)全體脊椎動(dòng)物,許多物種都有專屬的授粉昆蟲(chóng),獲得了百發(fā)百中的授粉成功率,比如稍早發(fā)過(guò)的盔蘭

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大變態(tài)的第三個(gè)階段

到第三階段,植物已經(jīng)在協(xié)同進(jìn)化中開(kāi)出了絢爛的花朵,接下來(lái)還要在第三個(gè)階段結(jié)出甜美的果實(shí),這個(gè)階段和第二個(gè)階段在時(shí)間上重合,只能從功能上區(qū)分出來(lái):植物的繁殖不僅需要授粉,還需要傳播種子,這不僅擴(kuò)大了生存空間地盤(pán),還降低了兩代孢子體的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,降低了年老植株向年幼植株傳播病蟲(chóng)害的風(fēng)險(xiǎn)——好處太多。

于是所有的種子植物都像當(dāng)年?duì)幦∈诜垡粯樱Х桨儆?jì)用風(fēng)力、水力、機(jī)械力和動(dòng)物們傳播種子。而我們最關(guān)心的是用動(dòng)物的消化道傳播種子:動(dòng)物們總是饑腸轆轆,只需要在果實(shí)中積累一些營(yíng)養(yǎng)豐富的薄壁組織就能買通它們,如果種子經(jīng)過(guò)它們的消化道仍能保持活性,就能傳播到很遠(yuǎn)的地方開(kāi)疆拓土。

與花粉不同,種子為了萌發(fā)總要攜帶很多營(yíng)養(yǎng),再加上發(fā)達(dá)的果實(shí),昆蟲(chóng)狹窄的消化道就不堪重負(fù)了,植物們需要陸地生態(tài)系統(tǒng)中力氣更大的伙伴,脊椎動(dòng)物——但種子直接源自大孢子囊,非常珍貴,非但不能拿去當(dāng)勞務(wù)費(fèi),還要牢牢保護(hù)好,給搬運(yùn)工繳納報(bào)酬的責(zé)任再一次落在了雌蕊及其周邊結(jié)構(gòu)身上——這就是“水果”的由來(lái)。

吃水果大概是人類做的最“自然”的一件事
吃水果大概是人類做的最“自然”的一件事

那些用昆蟲(chóng)消化道傳播種子的植物在?胚珠受精之后,花朵的某些部位就會(huì)膨大并積累糖分,還會(huì)像花瓣一樣積累色素和各種氣味物質(zhì),考慮到鳥(niǎo)類距離遠(yuǎn)且消化道短但力氣小,哺乳動(dòng)物力氣大但容易嚼碎種子,不同的植物又會(huì)重點(diǎn)發(fā)展不同的搬運(yùn)工:鳥(niǎo)類色覺(jué)發(fā)達(dá)而嗅覺(jué)羸弱,吸引鳥(niǎo)類的果實(shí)重點(diǎn)發(fā)展顏色,哺乳類嗅覺(jué)發(fā)達(dá)而色覺(jué)差勁,吸引哺乳類的果實(shí)重點(diǎn)發(fā)展氣味。

大果越橘(Vaccinium macrocarpon)是鳥(niǎo)媒漿果,雖然沒(méi)有香味,但鳥(niǎo)類對(duì)紅色極敏感
大果越橘(Vaccinium macrocarpon)是鳥(niǎo)媒漿果,雖然沒(méi)有香味,但鳥(niǎo)類對(duì)紅色極敏感
辣椒(Capsicum annuum)的野生型是更極端的鳥(niǎo)媒漿果,哺乳動(dòng)物都怕辣,而鳥(niǎo)類味覺(jué)差
辣椒(Capsicum annuum)的野生型是更極端的鳥(niǎo)媒漿果,哺乳動(dòng)物都怕辣,而鳥(niǎo)類味覺(jué)差
芒果(Mangifera indica)是典型的獸媒核果,香味猛烈,但顏色不起眼
芒果(Mangifera indica)是典型的獸媒核果,香味猛烈,但顏色不起眼
榴蓮(durio testudinarum)是更極端的獸媒蒴果,鳥(niǎo)類根本無(wú)法打開(kāi)它
榴蓮(durio testudinarum)是更極端的獸媒蒴果,鳥(niǎo)類根本無(wú)法打開(kāi)它

然而無(wú)論香甜還是美艷,人類都很愿意嘗試,在數(shù)千年里馴化了數(shù)不清的水果作物,是自然界享用果實(shí)最多的物種,因此才有了這篇文章。

碩果累累

我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)心皮是一片大孢子葉,那么當(dāng)胚珠受精發(fā)育成種子,心皮發(fā)育成果皮以后,我們就將內(nèi)果皮、中果皮和外果皮分別對(duì)應(yīng)為大孢子葉的上表面、葉肉和下表面,但需要強(qiáng)調(diào),這里的對(duì)應(yīng)關(guān)系并不是直接將果皮看作被子植物身上一片普通的葉,也不是進(jìn)化史上某一個(gè)祖先的某片葉,而是一種理想化的“葉的模型”。

然而子房壁、花托、萼片甚至一部分種子都可能發(fā)育成果肉。隨著它們被薄壁組織填滿撐大,各結(jié)構(gòu)的界線隨之變得模糊,所以“果肉”只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)概念,與植物學(xué)上的“果皮”沒(méi)有必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系。要想吃得不糊涂,就需要簡(jiǎn)單了解一些果實(shí)的分類——在各種果實(shí)分類法中,依據(jù)發(fā)育方式做出的分類對(duì)我們最有幫助。

一個(gè)最簡(jiǎn)單最理想的果實(shí)
一個(gè)最簡(jiǎn)單最理想的果實(shí)

首先,只由子房里的心皮發(fā)育成的果實(shí)叫做真果,除心皮之外連花托和花萼也參與果實(shí)發(fā)育的叫做假果,這一般從花上就能看出來(lái):有的子房長(zhǎng)在花托頂端,叫上位花,通常發(fā)育成真果;有的子房埋在花萼和花托愈合成的“萼筒”里,叫下位花,總是發(fā)育成假果;還有埋半個(gè)的叫周位花,都有可能。

上位花、周位花和下位花
上位花、周位花和下位花

首先是較簡(jiǎn)單的真果。其中,單一心皮發(fā)育成果實(shí),內(nèi)果皮木質(zhì)化成硬核,中果皮肥厚的,叫做核果,比如桃、杏、李子、櫻桃、芒果、棗、橄欖、鱷梨,等等,它們是最理想的果實(shí),主要食用部位顯然就是大孢子葉的葉肉。

杏(Prunus armeniaca)的心皮仍形狀完整,那個(gè)溝就是大孢子葉邊緣愈合的地方
杏(Prunus armeniaca)的心皮仍形狀完整,那個(gè)溝就是大孢子葉邊緣愈合的地方
樟目樟科的鱷梨(Persea americana)又叫牛油果,也是核果,而且核特別大
樟目樟科的鱷梨(Persea americana)又叫牛油果,也是核果,而且核特別大
杜鵑花目山欖科桃欖屬的蛋黃果(Pouteria campechiana)也是核果,我不愛(ài)吃
杜鵑花目山欖科桃欖屬的蛋黃果(Pouteria campechiana)也是核果,我不愛(ài)吃

如果一個(gè)或幾個(gè)心皮湊在一起,中果皮和內(nèi)果皮都肥厚多汁,而種皮堅(jiān)硬,就叫漿果,真果中的漿果并不多,比如葡萄、番茄、楊桃、柿子和黑棗,它們的主要食用部位是大孢子葉變態(tài)肥厚的葉肉、上表面,以及卷進(jìn)去的邊緣部分。另外,山竹是幾個(gè)心皮聯(lián)合發(fā)育成的真果,成熟后外果皮和中果皮界限不明,栓質(zhì)化不能吃,但內(nèi)果皮酸甜多汁,包裹在種子上,常被稱為假種皮,我們通常也把它歸入漿果,它的食用部分就只是大孢子葉的上表面了。

番茄(Solanum lycopersicum)的切面可以看到很多隔,那就是心皮邊緣內(nèi)卷后留下的
番茄(Solanum lycopersicum)的切面可以看到很多隔,那就是心皮邊緣內(nèi)卷后留下的
酢漿草目酢漿草科楊桃屬的楊桃(Averrhoa carambola)有五個(gè)招搖的心皮
酢漿草目酢漿草科楊桃屬的楊桃(Averrhoa carambola)有五個(gè)招搖的心皮
金虎尾目金絲桃科藤黃屬的山竹(Garcinia mangostana)底面的小瓣是柱頭的殘跡
金虎尾目金絲桃科藤黃屬的山竹(Garcinia mangostana)底面的小瓣是柱頭的殘跡

所有的柑橘類水果的果實(shí)叫柑果,它們由一片或好多片心皮聚集成一個(gè)果實(shí),其中,外果皮是富含油脂腺的厚皮,中果皮是脈絡(luò)狀的“橘絡(luò)”,內(nèi)果皮是橘子瓣的薄皮——我們吃的那層“果肉”,其實(shí)是大孢子葉上表面的絨毛,它和胚珠一起卷到果實(shí)內(nèi)部,并充水膨大,成為“腺毛”。?

一般的柑橘大家自己想象,這個(gè)指橙(Citrus australasica)是少數(shù)單心皮的柑橘類水果
一般的柑橘大家自己想象,這個(gè)指橙(Citrus australasica)是少數(shù)單心皮的柑橘類水果

在真果之外,假果品種更多。幾乎所有的假果都在與柄相對(duì)的一端有個(gè)花萼殘留下的坑,最典型的是梨果,它們的萼筒把若干個(gè)聯(lián)合的心皮包裹進(jìn)去,成熟后的萼筒、外果皮和中果皮肥厚而缺乏界線,內(nèi)果皮薄而堅(jiān)硬保護(hù)種子。常見(jiàn)于薔薇目薔薇科蘋(píng)果亞科,比如梨、蘋(píng)果、山楂、枇杷、海棠果,它們主要食用部分就是萼筒和大孢子葉的下表面了。

切開(kāi)蘋(píng)果可以隱約看到一條線,那就是心皮和萼筒的交界線
切開(kāi)蘋(píng)果可以隱約看到一條線,那就是心皮和萼筒的交界線

假果還包括了很大一部分漿果,它們和梨果一樣由萼筒包裹住了幾個(gè)聯(lián)合的心皮,但萼筒只起保護(hù)作用,果肉仍然是中果皮和內(nèi)果皮,為了與真果中的漿果區(qū)分,本文將它叫做假果漿果,比如?藍(lán)莓、小紅莓、番木瓜、獼猴桃、香蕉等等,它們的主要食用部位仍然是變態(tài)葉。

藍(lán)莓(Vaccinium sp.)切開(kāi)之后看到5堆種子——那是5個(gè)心皮愈合在一起
藍(lán)莓(Vaccinium sp.)切開(kāi)之后看到5堆種子——那是5個(gè)心皮愈合在一起
杜鵑花目獼猴桃科的獼猴桃(Actinidia chinensis),一段有個(gè)嘴,那就是花萼的殘跡
杜鵑花目獼猴桃科的獼猴桃(Actinidia chinensis),一段有個(gè)嘴,那就是花萼的殘跡
桃金娘目桃金娘科赤楠屬的蓮霧(Syzygium samarangense)也是漿果,栽培種常無(wú)籽
桃金娘目桃金娘科赤楠屬的蓮霧(Syzygium samarangense)也是漿果,栽培種常無(wú)籽

水果中典型的假果除了梨果還有匏果,即所有的瓜,它們的萼筒把幾個(gè)聯(lián)合的心皮包裹起來(lái),但膨大的部位是內(nèi)果皮和胎座——所謂胎座,就是胚珠和心皮連接處的組織,依不同的類群有不同的位置——所以它的主要食用部位是大孢子葉的上表面和卷進(jìn)去的邊緣部分,以及大孢子葉和胚珠連接的部分。除了瓜科以外,桃金娘科的番石榴屬也結(jié)匏果,而西番蓮科和番木瓜科都結(jié)真果,但胎座也很發(fā)達(dá),常被認(rèn)為是匏果,作為區(qū)分,本文將它們稱作真果匏果,其中,西番蓮食用部分只有胎座,番木瓜的食用部分包括中果皮、內(nèi)果皮和胎座。

西瓜橫切面有3對(duì)顯著的漩渦,那就是卷起來(lái)的心皮,中央大面積的六角區(qū)域都是胎座
西瓜橫切面有3對(duì)顯著的漩渦,那就是卷起來(lái)的心皮,中央大面積的六角區(qū)域都是胎座
桃金娘目桃金娘科番石榴屬的番石榴(Psidium guajava)4心皮,胎座非常發(fā)達(dá)
桃金娘目桃金娘科番石榴屬的番石榴(Psidium guajava)4心皮,胎座非常發(fā)達(dá)
金虎尾目西番蓮科西番蓮屬的雞蛋果(Passiflora edulis)又叫百香果
金虎尾目西番蓮科西番蓮屬的雞蛋果(Passiflora edulis)又叫百香果
十字花目番木瓜科的番木瓜 (Carica papaya),它們的胎座在種子周圍
十字花目番木瓜科的番木瓜 (Carica papaya),它們的胎座在種子周圍

在這里,漿果和真果匏果,匏果和假果漿果,常常不能明確區(qū)分,因?yàn)闈{果的胎座常常很發(fā)達(dá),而匏果的內(nèi)果皮和中果皮也大都能食用,比如火龍果,它們的胎座非常發(fā)達(dá),但通常被認(rèn)為是假果漿果。

仙人掌科的黃皮火龍果(Hylocereus megalanthus)也是漿果,花萼和花苞都參與進(jìn)來(lái)
仙人掌科的黃皮火龍果(Hylocereus megalanthus)也是漿果,花萼和花苞都參與進(jìn)來(lái)

上面介紹的真果和假果無(wú)論含有幾個(gè)心皮,都只含有一個(gè)雌蕊,此外還有一些假果包含了多個(gè)雌蕊,叫聚合果,其中最常見(jiàn)的就是草莓和覆盆子。

草莓已經(jīng)在前文介紹過(guò),是聚合瘦果,每個(gè)心皮都和種皮渾然一體,就是那些“芝麻”的殼,我們主要吃它肥大的花托,是變態(tài)莖;而覆盆子是聚合核果,每個(gè)心皮都膨大形成果肉,花托并不重要,所以主要食用部分又是大孢子葉;還有木蘭目番荔枝科的番荔枝,它們的花很像木蘭花,螺旋排列的每個(gè)心皮都發(fā)育成一個(gè)漿果,所以是聚合漿果,主要食用部分還是大孢子葉。?

切開(kāi)一個(gè)草莓(Fragaria × ananassa),可見(jiàn)莖的標(biāo)志性的分節(jié)特征。
切開(kāi)一個(gè)草莓(Fragaria × ananassa),可見(jiàn)莖的標(biāo)志性的分節(jié)特征。
覆盆子( R. idaeus × strigosus.)吃的是每粒核果的中果皮,即變態(tài)葉的葉肉
覆盆子( R. idaeus × strigosus.)吃的是每粒核果的中果皮,即變態(tài)葉的葉肉
番荔枝(Annona squamosa)俗稱釋迦
番荔枝(Annona squamosa)俗稱釋迦

除了含有多個(gè)雌蕊的聚合果,還有整個(gè)花序發(fā)育成的聚花果,這通常意味著整個(gè)花被和花序的主軸都要參與果實(shí)形成——這就回答了我春節(jié)之前在微博里的一次提問(wèn),即桑葚的主要食用部位是什么。

桑樹(shù)開(kāi)的是葇夷花序,有點(diǎn)兒像楊柳的“毛毛蟲(chóng)”,結(jié)實(shí)的時(shí)候子房發(fā)育成一個(gè)很小的核果,而周圍的花被膨大肥厚,挨挨擠擠,所以它的主要食用部分是大孢子葉之外的幾種變態(tài)葉。另外,世界上最大的桑葚是菠蘿蜜——菠蘿蜜屬于桑科桂木屬,它們聚花果專門(mén)吸引猩猩、犀牛、亞洲象等大型食草動(dòng)物,因此格外碩大、芬芳。

仔細(xì)觀察桑葚(Morus alba)的每一個(gè)單元,都是有4片花被的肥大的花
仔細(xì)觀察桑葚(Morus alba)的每一個(gè)單元,都是有4片花被的肥大的花
菠蘿蜜(Artocarpus heterophyllus)的橫切面,可見(jiàn)肥厚的花被緊密排列
菠蘿蜜(Artocarpus heterophyllus)的橫切面,可見(jiàn)肥厚的花被緊密排列

一字之差的菠蘿也是聚花果,但這只是巧合,菠蘿發(fā)育自禾本目鳳梨科的肉穗花序:一根肉棒上開(kāi)滿花,結(jié)果的時(shí)候每朵花的花被連同每個(gè)苞片——距離花朵最近的幾片葉——都膨大形成果肉,同時(shí)花序的軸也跟著膨大,所以我們同時(shí)吃了它的變態(tài)莖和變態(tài)葉。

菠蘿(Ananas comosus)切開(kāi),那些輻射的部分來(lái)自花被和苞片,中央的菠蘿芯來(lái)自花序軸
菠蘿(Ananas comosus)切開(kāi),那些輻射的部分來(lái)自花被和苞片,中央的菠蘿芯來(lái)自花序軸

而??频拈艑僖步Y(jié)出了相當(dāng)甜美的聚花果,即隱頭花序發(fā)育來(lái)的無(wú)花果——花序的主軸不是一根棍,而是一個(gè)袋子,把所有的花都包在里面,最后發(fā)育成微小的核果,成熟后所有的結(jié)構(gòu)都可以食用,所以我們同時(shí)吃了它的變態(tài)莖、變態(tài)葉和種子。

無(wú)花果(Ficus carica)
無(wú)花果(Ficus carica)

最后,除了這些經(jīng)典的真果和假果,還有一些更加特殊的變態(tài)方式,它們的果肉不是變態(tài)莖和變態(tài)葉,而來(lái)自外種皮,最經(jīng)典是榴蓮,它屬于錦葵目錦葵科木棉亞科,與之最接近的經(jīng)濟(jì)作物就是棉花,二者的果實(shí)也是一種類型:多個(gè)心皮聯(lián)合形成果實(shí),成熟后的果皮干燥缺乏水分,沿著各心皮的接縫裂開(kāi),稱為蒴果。而那香甜的果肉是由種皮表面的纖毛發(fā)育成,我們用棉花身上同樣的結(jié)構(gòu)紡線織布——從發(fā)育和進(jìn)化上講,它來(lái)自大孢子囊表面的珠被,仍然是葉的附屬結(jié)構(gòu)。

榴蓮(Durio zibethinus)的果肉是種皮上的纖毛,所以吃的時(shí)候總能扯出絲
榴蓮(Durio zibethinus)的果肉是種皮上的纖毛,所以吃的時(shí)候總能扯出絲

同樣食用外種皮的還有石榴,它們的果實(shí)是假果,由萼筒和幾個(gè)聯(lián)合的心皮形成,其中外面那層厚皮主要來(lái)自萼筒,里面那些附著石榴籽的薄片來(lái)自心皮,而那甜津津的就是外種皮了。

石榴(Punica granatum)屬于桃金娘目千屈菜科石榴屬
石榴(Punica granatum)屬于桃金娘目千屈菜科石榴屬

與此類似但更麻煩的是無(wú)患子目無(wú)患子科,包括荔枝、桂圓和紅毛丹,它們的果實(shí)像極了核果,也是單心皮形成果實(shí),但果肉并非來(lái)自中果皮——它們的外果皮“殼如紅繒”,中果皮海綿狀,內(nèi)果皮'膜如紫綃 ',“瑩白如雪”的其實(shí)是“假種皮”——胚珠與心皮連接處的一點(diǎn)組織不斷增生,包住了整個(gè)種子。由于這個(gè)結(jié)構(gòu)在發(fā)育上太特殊,在整個(gè)植物界也很罕見(jiàn),雖然也來(lái)自大孢子葉,但很難說(shuō)它是什么結(jié)構(gòu)。

荔枝(Litchi chinensis)的果肉可以看到很多縫,那都是假種皮來(lái)不及愈合留下的
荔枝(Litchi chinensis)的果肉可以看到很多縫,那都是假種皮來(lái)不及愈合留下的
同屬無(wú)患子目,楝科蘭撒屬的蘭撒(Lansium parasiticum)俗稱龍貢果,和荔枝情況一樣
同屬無(wú)患子目,楝科蘭撒屬的蘭撒(Lansium parasiticum)俗稱龍貢果,和荔枝情況一樣

等等等等,水果的種類真是多,如果把各種干果算上,那還要更復(fù)雜幾十倍,但千變?nèi)f化離不開(kāi)變態(tài)的莖和葉——畢竟花朵就是變態(tài)枝,只有兩種配子體無(wú)法歸入其中,而果實(shí)中的雌配子體已經(jīng)發(fā)發(fā)育成了種子,專門(mén)負(fù)責(zé)保衛(wèi)剛繁殖出的胚,并不會(huì)參與果實(shí)的發(fā)育。

唯一一個(gè)算不得例外的例外,就是椰子——棕櫚目棕櫚科椰族(Cocoseae)的各種椰子靠海水傳播種子,結(jié)的是核果,但果皮只用來(lái)增大浮力和保護(hù)種子,沒(méi)有可食用的果肉;種子的胚乳里存滿了巨量的糖分和水,幫助幼苗在荒涼的沙灘上茁壯成長(zhǎng)。特別的,椰子的胚乳在發(fā)育早期是一層細(xì)胞膜包裹的無(wú)數(shù)細(xì)胞核,稱為“合胞體”,后來(lái)細(xì)胞核聚集起來(lái)形成各自的細(xì)胞膜,就成了“椰肉”,剩下來(lái)不及吸收的細(xì)胞質(zhì)就是“椰汁”,雖然合胞體通常不被看作單個(gè)細(xì)胞,但它比鴕鳥(niǎo)蛋更有資格成為世界上最大的細(xì)胞,畢竟鳥(niǎo)類的卵黃和卵清不在細(xì)胞內(nèi)部,真正的卵細(xì)胞仍然很微小。

海椰子(Lodoicea maldivica)的種子是世界上最大的種子,直徑半米,重15公斤
海椰子(Lodoicea maldivica)的種子是世界上最大的種子,直徑半米,重15公斤

然而寫(xiě)了這么多,我們其實(shí)只理解了“大變態(tài)”的一半:,即“在進(jìn)化史上,葉怎樣進(jìn)化成了花”,還沒(méi)來(lái)得及討論“個(gè)體發(fā)育中,原本可以發(fā)育成葉的組織怎樣發(fā)育成了花”——這個(gè)發(fā)育學(xué)問(wèn)題雖然非常艱深,但要獲得感性認(rèn)識(shí)并不困難——'被子植物花發(fā)育的ABC模型' 。

ABC模型

被子植物花發(fā)育的ABC模型由E. Coen和E. Meyerowitz在1991年提出,用同源異形基因有效地揭示了花朵發(fā)育的底層機(jī)制。

簡(jiǎn)單地說(shuō),生物體常可見(jiàn)一類“同源異形基因”,即同一個(gè)基因有很多份復(fù)本,每一個(gè)復(fù)本都略有不同,生物在不同的部位選擇性地表達(dá)某一個(gè)復(fù)本,就能讓原本一樣的結(jié)構(gòu)分化出不同的類型來(lái)——這類基因讓我們的前肢發(fā)育成手,后肢發(fā)育成腳,讓昆蟲(chóng)頭部的附肢發(fā)育成觸角和口器,胸部的附肢發(fā)育成足,腹部的附肢發(fā)育成性器官,當(dāng)然也能讓植物頂端的幾片葉大變態(tài)。

具體的,植物的花朵受A、B、C三個(gè)同源異形基因控制,C基因在枝的最頂端表達(dá),?可以終止頂端生長(zhǎng),并讓葉變態(tài)成雌蕊;A基因與C基因拮抗,在靠下的地方表達(dá),可以讓葉變態(tài)成萼;B基因在前兩者交界的地方表達(dá),它與C基因一起讓葉變態(tài)成雄蕊,和A基因一起讓葉變態(tài)成花瓣——如下圖所示:

A基因單獨(dú)表達(dá)成萼,C基因單獨(dú)表達(dá)成雌蕊,AB聯(lián)合表達(dá)成花瓣,BC聯(lián)合表達(dá)成雄蕊
A基因單獨(dú)表達(dá)成萼,C基因單獨(dú)表達(dá)成雌蕊,AB聯(lián)合表達(dá)成花瓣,BC聯(lián)合表達(dá)成雄蕊

而對(duì)它的驗(yàn)證也很充分,我們可以用各種手段讓ABC三者中某種失活,就得到了下面這些變態(tài)花:

A基因失活,C基因勢(shì)力擴(kuò)大,花瓣變成雄蕊,花萼變成雌蕊
A基因失活,C基因勢(shì)力擴(kuò)大,花瓣變成雄蕊,花萼變成雌蕊
B基因失活,花瓣變成花萼,雄蕊變成雌蕊
B基因失活,花瓣變成花萼,雄蕊變成雌蕊
C基因失活,A基因勢(shì)力擴(kuò)大,雄蕊變成花瓣,雌蕊變成花萼,且頂端繼續(xù)生長(zhǎng)出一輪花瓣
C基因失活,A基因勢(shì)力擴(kuò)大,雄蕊變成花瓣,雌蕊變成花萼,且頂端繼續(xù)生長(zhǎng)出一輪花瓣

接著,我們?cè)诖嘶A(chǔ)上又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)E基因,這個(gè)基因在整個(gè)頂端表達(dá),并啟動(dòng)ABC三個(gè)基因,是“大變態(tài)”在發(fā)育上更終極的原因——這一整套同源異形基因的表達(dá)機(jī)制是近年來(lái)植物發(fā)育學(xué)上最重要的突破,是多個(gè)基因在器官發(fā)育中綜合表達(dá)的又一個(gè)經(jīng)典案例。

當(dāng)然,ABC基因在不同植物的具體發(fā)育中也可能有不同的調(diào)控和變化,尤其是單性花的發(fā)育,而果實(shí)的發(fā)育則是在ABC基因之后的進(jìn)一步微調(diào),在不同的親緣類群、不同的果實(shí)類型中都有復(fù)雜的變化,這里就不予討論了。?

iiiiiiiiii

本文經(jīng)過(guò)了兩天編輯三次刪改,然而無(wú)論我怎樣檢查,紕漏都在所難免,希望讀者們勤于思索,善于檢索。

又及,本文是雞年春節(jié)期間的最后一篇文章,希望大家能從芬芳和甜蜜中體會(huì)知識(shí)的樂(lè)趣,也希望我的讀者能在新的一年里開(kāi)花結(jié)果,收獲成功。

再及,喜歡本文的話,歡迎關(guān)注,也希望不吝轉(zhuǎn)發(fā)和打賞,權(quán)當(dāng)是對(duì)腦力勞動(dòng)的認(rèn)可吧。

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