科學人觀點

傳宗接代,花果為掠食者容

隔著莫三比克海峽,相距數千公里,非洲的馬達加斯加和烏干達各有一座相似的熱帶雨林國家公園,上演著花果顏色啟示錄:萬物演化,有共生,重互惠。合作、互助,才是生命永續發展的最高原則。

撰文/曾志朗

科學人觀點

傳宗接代,花果為掠食者容

隔著莫三比克海峽,相距數千公里,非洲的馬達加斯加和烏干達各有一座相似的熱帶雨林國家公園,上演著花果顏色啟示錄:萬物演化,有共生,重互惠。合作、互助,才是生命永續發展的最高原則。

撰文/曾志朗


智利亞他加馬沙漠暴雨後開出一片花海(上)火龍果花夜間盛開(中)五彩繽紛的蔬果(下)(圖源:Pontificia Universidad Catolica de Chile (CC BY-SA 2.0); Brocken Inaglory(CC BY-SA 3.0); pxhere.com (CC0))


2018台中世界花卉博覽會在月初開幕,當天就湧進三萬人,擠滿了整個花博公園。萬紫千紅,百花爭豔,是自然界給人間的最佳獻禮。在台中教書的朋友,很熱情的邀我去參訪花博,再順道到他們學校演講,明顯將花博當做一項難得的紅利和誘因。我有花粉症,無福消受,只能敬謝不敏,而且在擁擠的花博裡,究竟是人看花,還是人擠人呢?我喜歡花開在自然裡,依山傍水,自由自在表現色彩和形態。尤其在幽暗的雨林中,許多不知名的花樹,拚命往叢林縫隙間的陽光伸展,春天一到,花開在一道道陽光中,黃的、粉的、紫的、紅的,各自展顏爭豔,生氣蓬勃。而純白潔淨的水仙花,也只有在水邊倒影搖曳下,才顯出孤芳自賞的安詳。


但自然界奼紫嫣紅,豈只是容顏驕豔而已,最令人感動的是它們在自然環境裡所表現的求生意志和堅忍不放棄的毅力。我印象最深刻的是,多年前和一群朋友到安徽省黃山,一路走看奇松怪石,漫步觀賞山腰的雲海,到了天都峰腳下。往上看,一片光禿禿的岩石峰面,寸草不生,除了石刻的台階之外,什麼都沒有。爬到峰頂後,環顧四方,群山競嬌的美態,確實是名不虛傳。偶然低頭,卻見石縫裡迸出一小串綠葉,上頭開滿了一朵朵黃色小花,迎風抖顫。它們在夾縫裡生,在露水中長,無懼風雨,花面雖小,卻展現了無窮的生命力。


從岩石縫裡鑽出的小花,揭示了自然界一項重要的演化規律:「為了生存,沒有什麼不可能!」天工開物,複雜成形,花色和花形就是最好的說明。桃花紅,李花白,梅花清淡優雅,櫻花翻飛如彩蝶,油菜花一片嫩黃,玫瑰紅似火焰、淡如晚霞,鬱金香花瓣猶如羽毛……,這些都是我們所熟悉的花樣,但你曾看過屬於沙漠植物的火龍果花花瓣綻開的颯爽英姿嗎?沙漠上的花才真是令人歎為觀止,在極少水份、表面已經乾裂成一塊塊焦土的地上,卻能長出一片花海。仔細看,每一朵小小的花都形狀獨特,它們不在乎好不好看,只在傳達一個訊息:「我要活著,生命再苦,環境再惡劣,我也要傳宗接代!」它們雖小,但根卻很長很長,表示它們的根一直往下穿土尋水,也因為根深,才能穩固生長,不被沙漠的巨大風勢連根拔起。


在原野裡自然生長的花,充滿了生命的讚歌,也讓我們見識到萬物演化的艱辛和巧妙。花朵人人愛,但科學家除了欣賞它們的千姿百態,更關心那五彩繽紛的顏色是怎麼形成的?這個問題有兩個層次。一個層次是問最切近的因果關係,即構成花色本身不同顏色的化學成份是什麼?原來造就花瓣五顏六色的是花青素(anthocyanin),分佈在細胞的液泡內。花青素在不同的環境會形成不同的顏色,遇酸成紅色,酸性越強就越紅,如紅玫瑰之赤紅;遇中性細胞液呈紫色,如牽牛花之紫藍淺紅;遇鹼則現藍色,鹹性越強,則成墨藍,如黑牡丹、墨菊之靛藍。


另一個層次是針對終極的因果關係,提出為什麼是紅,是藍,是黃,或粉紅,或水藍,或淺紫,或純白的花色呢?誰是調控花青素成份和比例分佈的「人」呢?當然沒有這個人,花也不是一出苞才決定顏色。花色早就命中註定,因為它的祖先的祖先,早在演化過程中「被選擇」了某一種花色和形狀。在避凶趨吉的決策上,讓自然環境的淘汰規律,成為花青素的調控師,而且是有了很成功的結果,才有今日顏色鮮明的花朵。


科學家的專業是問問題,而他們的能耐是發展一套理性的實證方法,尋找以證據為基礎的答案,建立有因果關係的理論,來解釋「為什麼是這樣」和「為什麼是那樣」的各種特殊現象:當前現象的本質是什麼(如花青素影響花的顏色)?這是回答「What」的問題;如何造成目前的特定性質(如酸鹼成份和花青素的比例)?則是回答「How」的問題。但科學家更關心演化的過程,為什麼天擇的結果會得到現在這個現象?這才是演化機制中的大哉問,是解開「Why」的問題。只有當切近和終極因果關係這兩個層次的答案都找到了,才是完整的理論。


花的顏色和形狀當然是為了吸睛,讓採花的其他生物(蜜蜂、鳥、猴、人等)能看得見或聞香而來,把花粉帶到遠處,完成傳宗接代的生物使命。花顏姿容扮演著傳遞生命的功能,為演化的理論提供非常重要的證據。花是如此,那果實的顏色表象,也會扮演「來來來,來吃我」的角色嗎?這個問題很有趣,答案簡而易明,證據也很容易找到。只要站在水果攤前一會,仔細觀察水果的色澤、鮮明度,以及顧客眼神和真正購買的關係,很快就能得出一個結論:「水果不能說話,但它的妝扮所表達的邀約情意,可是一點都不假!」


水果攤旁的調查數據,雖然可以提供表面的印象效度,但太多主觀的測定因素,使結果的可信度大為減低,所以只能做參考;尤其水果色澤、顧客眼睛掃描次數,以及購買數量,都只是相關而非真正的因果關係。在探討切近的因果關係時,本質分析和實驗者自主操弄變數,以觀察結果,是推論的重點。但在探討終極層次的因果關係時,主控操弄就非常困難,因為歷史是已經發生的事件,其中的變數,研究者無法操控,而由現今存在的變異,很難去追溯幾萬年前的演化過程。也就是說,要如何證實果實的顏色選擇,是為了讓掠食者看得見自己釋出的訊號:「我在這裡,來吃我!」以便種子獲得青睞,隨掠食者散播到遙遠的地方呢?


為了證實在演化之路,果實顏色的抉擇,和掠食者的顏色辨識能力,確是互為影響而達到雙贏(掠食者飽食一餐,而果實達到傳宗接代的永續目標)的境地,美國杜克大學和德國烏爾姆大學的演化生態科學家,利用老天爺已經設計好的自然實驗,得到非常確切的結果,提供了一個強而有力的證據,支持兩者的因果關係。


這個自然的實驗發生在非洲的兩個地區,馬達加斯加和烏干達。隔著莫三比克海峽,兩地相距3000多公里,卻各有一座相似的熱帶雨林國家公園。有趣的是,烏干達的國家公園裡長滿紅莓果和橘色無花果,而馬達加斯加的國家公園裡卻是黃莓果和綠色無花果。為什麼產生這個差異?研究者發現,烏干達採食果實的是猩猩、猴子和鳥,牠們都有銳利的辨色能力,因負責顏色知覺的三原色神經細胞完整無缺,和人類一樣,鳥甚至優於人,所以會被鮮豔的顏色吸引。馬達加斯加則不然,島上的掠食者是狐猴(lemur),牠們的視覺神經呈現紅綠色盲,只對黃綠光譜有反應。果實的顏色再鮮麗,對狐猴根本起不了作用,只有選擇牠們能知覺的顏色,讓牠們看得見,再發展出另一個策略,在果實成熟時,發出濃濃味道來吸引牠們。而狐猴的嗅覺腦區也因此變得更大,對味道特別敏感。這就是天擇產生的雙贏結果。仔細去體會在演化過程中,這終極因果關係的建構,真是令人感動。


賞花顏,知天道;吃果實,建永續。萬物演化,有共生,重互惠。合作、互助,才是生命永續發展的最高原則,讓我們向花果的顏色啟示錄好好學習,才是正道。


更多相關文章

2018年12月202期睡眠學習不是夢 雜誌訂閱

本期最新文章