物种日历 11-12
尝过恐龙的“零嘴”,我吐到怀疑人生
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在介绍今天的主角之前,我们先开个脑洞。

恐龙可以活在今天吗

电影《侏罗纪公园》和《侏罗纪世界》构建过一个壮观的世界:巨大的腕龙和梁龙行走于中生代的针叶树森林,霸王龙和驰龙在废弃的城市中追逐,计算机技术帮助我们从视觉上实现了儿时的梦想。

亲历恐龙世界是不少人的儿时梦想。图片:Gerhard Boeggemann

但你想过没,如果我们今天克隆出一头植食性恐龙,它能活下去吗?

你或许能够猜到答案——不能。

到目前为止,任何一种地球生命的存在和延续都需要依托于其他生命所构建的环境。如果那些已经灭绝的恐龙重返今日,它们要面对的,是一个自己已经缺席了 6500 万年的世界:

在这个世界里,植物主要由有花的被子植物构成,它们在新生代空前繁盛,与新兴的鞘翅目、膜翅目等昆虫类群,以及鸟类、哺乳动物长期共存和斗争,产生了很多复杂的次生代谢产物

这类物质最初作为植物的防御武器出现,但自然演化使得这些物质对存活至今的取食者和植物本身有了很多别样的意义:它们有些有强烈的毒性,植食性动物会主动避开;有些也许只会造成取食者轻微不适,甚至增添额外的风味,比如你熟悉甚至喜欢的芥末辣味,就来自十字花科植物中普遍存在的异硫氰酸酯。令人惊奇的是,作为防御物质的异硫氰酸酯,反而成为了粉蝶科昆虫产卵的指示物,它们就爱在十字花科植物上产卵,幼虫以叶片为食。

蓖麻种子的毒性让很多动物望而却步,而芥菜的气味让人又爱又恨。图片:Schnobby & Dalgial / wikimedia

但对于一只已经消失了 6500 万年的植食性恐龙,今天任何陌生的物质对它而言都可能是剧毒的,会要了它的命,何况更多的微生物致病菌——别忘了,仅仅不到一万年的隔离,就让美洲原住民对欧洲人带去的天花、麻疹、伤寒等几乎毫无抵抗力,美洲两大帝国阿兹特克与印加的溃灭,一大原因便是瘟疫的重创。

因此,即使忽略一万种不可能,我们复活出一头恐龙,它也很可能只能活在玻璃瓶中。

那么反过来,如果我们穿越回一亿年前的中生代,能生存下去吗?

什么都往嘴里塞的代价

讲一个我自己的真人真事。

小时候我特别喜欢在父亲办公室外面的小花园里逛,那里有我爱的草丛、水杉树和金鱼池,还有几丛南方庭院里常见的半人多高的棕榈状植物。那就是苏铁

苏铁植株。图片:Holek / wikimedia

绝大多数人都见过苏铁。成语" 铁树开花 "的主角就是苏铁,用来形容难得一见的事情,但其实这仅限于北方的栽培苏铁,在原产地的中国南方特别是长江流域以南,苏铁几乎每年都会 " 开花 "。

当然,苏铁是一种裸子植物,这意味着它们没有真正的 " 花 "。苏铁雌雄异株,到了花期,雄性植株会长出形如玉米棒子的小孢子叶球(" 雄球花 "),而雌性植株会长出球形的大孢子叶球(" 雌球花 ")。

一天,还在读四年级的我突然发现一棵苏铁叶丛的中间开着一个黄褐色的巨大毛球,中间嵌着鲜艳欲滴的朱红色小果子。在《辞海》里,我知道了那是苏铁的大孢子叶球和种子。当时我还无法完整理解裸子植物的受精概念,但却清楚看到了 " 苏铁 " 词条的最后一句:种子可食。

左:苏铁的雄球花;右:苏铁雌球花与种子。图片:Stan Shebs & Hedwig Storch & Esculapio / wikimedia

我满心欢喜地把一整棵苏铁上的种子都摘了下来,回家后用刀切开,在朱红肉质的外种皮与硬骨质的中种皮里面,苏铁的种仁泛着洁白晶莹的光。我尝了一点,淀粉质,像生板栗,但带着言的苦涩和气味,并不好吃。我让母亲把苏铁种子煮熟,再尝,涩味去了不少,但还是不怎么好吃。作为 " 劳动成果 ",我带着遗憾吃了两个。

当晚我在父亲办公室里玩,忽然感到一阵晕眩恶心,之后开始呕吐。家人一下慌了,把我送到医院,医生问了最近的饮食,很快诊断为食物中毒。但当时网络极度不发达,医生没有处理苏铁种子中毒的经验,只能输液和观察。我随后经历了有生以来最剧烈的呕吐和晕眩,几乎把整个胃肠道给翻过来倒了一遍,第二天胃肠道排空后也依然呕吐不止。

后来我知道,导致我呕吐的物质是苏铁种子中的苏铁苷(cycasin)。《中国植物志》对苏铁的记载有 " 种子含油和丰富的淀粉,微有毒,供食用和药用 ",而《辞海》简单记载为 " 种子可食 ",显然是有问题的

苏铁种子给我上了一课。图片:Philmarin / wikimedia

苏铁种子中毒在国内并不罕见,而苏铁苷的毒性不弱,除了晕眩和呕吐,国内外都有食用苏铁种子导致肝衰竭死亡的案例。也许是摄入量很少,我幸运地没有遭遇更多痛苦,除了从此以后再也不想闻到切开的苏铁种子的气味。

藏在种子里的渐冻症

如果放眼苏铁所在的苏铁属(Cycas),毒素的来源甚至更多一些。2014 年,风靡一时的 " 冰桶挑战 " 让人们了解了" 渐冻症 "(ALS,肌萎缩性脊髓侧索硬化症)这一罕见病。不过在 20 世纪中叶,科学家们注意到马里亚纳群岛的查莫罗人(Chamorro)有极高比例的 ALS 患者;而在 20 世纪 50 年代之后,患病比例逐年下降。

排除遗传原因之后,科学家们发现,这很可能与当地人将一种密克罗尼西亚苏铁(Cycas micronesica)的种子作为药物并食用狐蝠有关——与苏铁根部共生的念珠藻会制造 BMAA(β - 甲氨基 -L- 丙氨酸,一种潜在的神经毒素,可能会导致帕金森及渐冻症),这一毒素会被苏铁吸收入植株内,而狐蝠会取食苏铁种子,将毒素进一步富集,查莫罗人猎杀取食狐蝠,就等于食用了高浓度 BMAA。50 年代后生活习惯改变,当地人的患病率得以下降。进一步研究表明,包括念珠藻在内的绝大多数蓝藻都会产生 BMAA,共生蓝藻在苏铁科植物中普遍存在。

密克罗尼西亚苏铁和它的种子。图片:Chamorroplants671 / wikimedia

那么,苏铁为什么会产生或富集这些毒素呢?

苏铁每年会新生数枚至一轮新叶,新叶柔软幼嫩,小叶卷曲如蕨类,而一个星期之后,叶片就伸至并坚硬起来,带着恼人的锋芒,以起到防御作用。现代科学测定苏铁苷在苏铁植株中普遍存在,而苏铁种子中的苏铁苷含量高于其他部位,我们可以推测,这种毒素是植物在长期演化过程中产生的防御武器——营养丰富的种子胚乳往往是取食者的目标,因此毒素集中于植物繁殖延续所依托的种子,也就能起到更好的防御效果。

这样的毒素,是为了防御谁呢? 

苏铁的新叶。图片:Takahisa Hirano / Nature Production / mindenpictures

毒素从远古走来

我们可以通过苏铁苷产生的时间来推测防御的对象。

很多科普书籍都会强调苏铁是一种" 古老 " 的植物,苏铁类最丰富多样的化石记录的确见于晚三叠纪至白垩纪(距今 2 亿 3700 万年到 6600 万年)。现存的苏铁类植物,除去中国、东南亚、澳洲常见的苏铁属 Cycas 之外,在非洲、美洲和大洋洲还生活着叶片更加宽大的泽米铁科植物(Zamiaceae),偶尔在花卉市场以 " 墨西哥铁树 " 之名存在的鳞粃泽米铁(Zamia furfuracea)就是其中之一。

鳞粃泽米铁。图片:tato grasso / wikimedia

泽米铁科和苏铁科都会产生苏铁苷,可以推测,产生苏铁苷毒素的基因继承自两者的共同祖先。尽管不同的研究存在巨大差异,但即使最晚的时间,也指示这个共同祖先存在于1 亿 7000 万年前,也就是说,中生代的大部分时间里,苏铁植物很可能都带着苏铁苷毒素。

这种毒素,源自苏铁的祖先与那些已经灭绝的远古生命之间的恩仇。一些研究明确指出,蜥脚类恐龙会取食苏铁的嫩叶和种子,苏铁朱红色肉质的外种皮,本是吸引大型蜥脚类恐龙的 " 零嘴 "。恐龙取食并消化肉质的外种皮后,排出里面的种子,间接帮助苏铁种子扩散。如果恐龙嚼碎苏铁种子,很可能会体验到强烈的不适,就像儿时的我。

显然我不是苏铁的意中 " 龙 "。我错误地敲开了苏铁坚硬骨质的中种皮,那产生于数亿年前的古老毒素穿过漫长岁月,击中了童年的我。而我无意中扮演了那个鲁莽穿越到中生代,被一枚苏铁种子轻易击倒的现代人。

演化的河流上没有停下脚步的生命,也不会善待每一个误入者。

苏铁,宛如一只开屏的孔雀。图片:ZSSD / mindenpictures

演化之路,还将继续

物种日历之前介绍过银杏,目前苏铁类被认为是银杏现存最近的亲戚,它们和银杏分道扬镳的时间尚无定论,但也至少是 1 亿年前的故事了。相比银杏今日凋零到只剩一种,苏铁类情况稍好,却也不太乐观。世界目前现存苏铁类植物不到 350 种,并且根据 IUCN 红色名录,82% 的苏铁类植物受到各种形式的生存威胁

白垩纪晚期,一些嚼碎植物取食的鸟脚类恐龙替代了大型蜥脚类,失去有效传播者的苏铁类植物多样性骤减;而随着中生代的结束和非鸟恐龙的灭绝,苏铁类再次遭遇重创。但至少,有部分苏铁类度过了白垩纪末的大灭绝,并在新生代经历了局部的繁盛期。

多数现代苏铁类开花时温度会升高,由甲虫传粉,而一些现存的大型地生鸟类如鹤鸵,食果哺乳动物如非洲象、狒狒、狐蝠都被观察到会取食苏铁类种子并传播,它们在苏铁的演化之路上扮演了蜥脚类恐龙曾经的角色

苏铁的演化之路,还在继续。图为苏铁幼苗与幼叶。图片:Esculapio / wikimedia

中国是现存苏铁科植物的多样性中心之一。经历过第四纪冰川期后,中国的绝大多数野生苏铁分布于西南热带和亚热带山地。我在今年参与了国家极小种群苏铁调查与评估,在广西、贵州、云南、海南的喀斯特残峰间,在白色的石灰岩上,偶尔会瞥见翠绿色的孔雀羽一般的叶丛。那就是苏铁和它的亲戚。

原生环境中的苏铁。图片:Piotr Naskrecki / mindenpictures

这次调查也让我意外地了解到,中国东南部的苏铁植物在 20 世纪 60 年代曾遭遇过一场浩劫:大个体苏铁的茎干含有淀粉,饥饿的人们能够从苏铁中获取一点可怜的热量;而 80 年代后,苏铁植物因观赏价值或者单纯是稀有,被滥采、走私、贩卖,从曾经的多不胜数到整座山不见,也就是短短十几年。它们生长缓慢,几十载光阴也只能长成一小丛。

福建野外的四川苏铁 Cycas szechuanensis,多残存于人类开垦的果园和墓地周围。图片:钟蜀黍

今天对多数人而言,苏铁可能只是出现在城市和庭院里的装饰植物,一年生一轮新叶。也许当时间再次漫长起来,苏铁依然会生长在废弃的混凝土丛林里,种子被那些不知名的生命吞下、散播,犹如今天那些破碎石灰岩残峰间的亲戚一样吧。

苏铁盆栽。图片:VisionsPictures / mindenpictures

本文是物种日历第 5 年第 316 篇文章,来自物种日历作者 @钟蜀黍。

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