科學人觀點

另類揠苗助長—熊蜂螫葉催花開

適應變化的環境,是生物保命和繁衍的基本準則。人類的科技進展,說穿了就是對環境適應一再加工的表現,其中的認知成份是其他動物所缺乏的。但這並不表示,其他動物對環境變化的適應型態就一定簡單。

撰文/曾志朗
2020-07

科學人觀點

另類揠苗助長—熊蜂螫葉催花開

適應變化的環境,是生物保命和繁衍的基本準則。人類的科技進展,說穿了就是對環境適應一再加工的表現,其中的認知成份是其他動物所缺乏的。但這並不表示,其他動物對環境變化的適應型態就一定簡單。

撰文/曾志朗
2020-07

(SOURCE: A bumblebee (Bombus terrestris) worker damaging a plant leaf. Bee-inflicted leaf damage leads to accelerated flowering. (Photo by Hannier Pulido, courtesy of the De Moraes and Mescher Laboratories.)

3月,杜鵑花早開了,但校園內空空盪盪,賞花的人都因Covid-19疫情隔離在校園外,留下滿園春色卻無人聞問的遺憾!4月清明時節,原是傳統追思先人的日子,同樣的,受到Covid-19影響,回鄉掃墓的人潮減少,線上追思增多了。5月開始入夏,天氣一下子就熱了起來,而且傾盆急雨,說到就到;早上才豔陽高照,不到幾個小時,就烏雲滿佈,大滴雨水如萬箭齊發,大地頓成澤國!濕氣加高溫,5月的台灣竟然打破了百年來的最高溫紀錄。全球暖化,大氣因之變遷,世界上沒有一個地方得以倖免,台灣也不可能例外!


6月接續5月的一會兒豔陽,又一會兒豪雨的變臉,但溫度更高了。白天走出戶外,有種在烤箱中待久一點就會燒焦的恐懼。還好,瘋瘋癲癲的老天,憐憫式的下了幾天午後雨,卻也只是稍減暑熱,城市裡的冷氣機照樣大量「吃」電。實在太熱了!


6月21日,「夏至」來臨。這是指北半球一年中白天最長、黑夜最短的一天。而這一天,台灣中南部和東部等10縣市都可觀賞到天文學上難得一見的日環食奇景。由於要在195年後,才能在台灣再見到這個號稱「上帝金戒指」的日環食,而且台灣已經連續44天無本土病例,因防疫而採取的各項管制措施逐漸鬆綁,大專校園也全面「開封」了,於是大批群眾湧入日環食觀光地區,除了口罩,也戴了能夠有效防止觀測時過量紫外線危害的墨鏡,真是有備而來。在悶了幾個月、形同禁足的防疫生活之後,上帝的金戒指的確是一項最佳的禮物!而從這半年的防疫行為之中,也真的可以見識到人類適應環境變化的能耐!


適應!適應變化的環境,當然是生物保命和延續生命到下一代又下一代的基本準則。幾百萬年來,地球上的地形、生態、溫度、空氣、氣壓不停的發生變化。無法適應,就坐等被災難消滅,而能安然適應、得以繁衍的現存動植物,很可能它(他、她、牠)們的外貌和型態,都和最原始的樣子大不相同。其實,形成生物多樣性的基本機制,就是適應!而在所有的生物中,人類是唯一發展出可以對適應加工的生命體。說穿了,人類的科技進展,就是對環境適應一再加工的表現。舉凡交通、醫療、食安、教育等有關身心健康和安全的工具、設備、系統運作和管理,都是為適應生活環境的難題而不停加工的結果。


所以地球變小了,因為雙腳能走到的地方有限,而長途跋涉太浪費時間,只有不斷改良交通工具和運輸方式,才能突破形體限制,因而成就了今日環遊世界不必80天的成果(目前紀錄是45天半)。而且人類還能坐在太空艙中,一沖上天,到達月球!當然,地球變小了,還有另外一個意義,即對「人隔千里,音訊難達」的困境的顛覆。如今網際網路無遠弗屆,溝通即時且在瞬間。總而言之,對生活環境適應的一再加工,造就了人類的科技文明!


當然,人類的適應加工是一個很特殊的現象,其中的「認知」成份(包括思維和知識的累積)是其他動物所沒有的。但這並不表示,其他動物對環境變化的適應型態就一定是簡單的。如果有人抱持「動物無知,因而只能做簡單適應」的觀點,那就大錯特錯,太不了解自然界的奇妙了。最近《科學》期刊報導了熊蜂(bumble bee)為應付全球暖化而產生的適應行為,著實令人歎為觀止!


這篇論文是由瑞士蘇黎世聯邦理工學院一群生物學家所發表的研究報告。他們原先在做的是另一個實驗,希望了解蜂群對各種不同花的味道的反應,卻無意中發現熊蜂的奇怪行為。只見熊蜂用尖尖的蜂嘴破壞植物,彷彿打洞機,在葉子上打出一個又一個洞。牠們究竟在做什麼?吸食葉汁嗎?研究者仔細觀察後,排除這個假設,因為熊蜂打了洞就離開,停留的時間很短。


那拚命打洞為了什麼?無聊?找樂子?還是肚子餓昏了,見葉就刺?為了尋找答案,這群生物學家觀察再觀察,提出各種可能性。在爬梳不同的假設之際,他們突然發現一個關鍵性的線索,即開花少的植物,葉片上被戳穿的洞就越多。難道這些熊蜂打洞的行為,和花開多寡有關?再觀察幾天,果然那些被打出好多洞的植物都開花了!難道說,這些打洞的熊蜂,隻隻都變成「催生」工蜂了?


這麼有趣的現象,如果屬實,那自然界又多了一項奇蹟式的適應行為,真是妙哉!研究者的下一個工作,當然是設計嚴謹的實驗、控制良好的設備和步驟,以仔細記錄葉片被打洞和不被打洞的植物,比較其開花的時間和花朵的數量,希望借此找出其間的因果關係。


研究者先從溫室裡的一堆黑芥(black mustard)盆花中,隨機選取10盆,連同已經三天未進食的熊蜂,一起放入網狀袋子裡。結果發現,這10盆黑芥花樹的葉上平均被打了5~10個洞,它們也平均在17天後開始開花,而其他的黑芥花樹則是平均33天後才開花。這非常顯著的16天差異,證實打洞催花開的假設。同樣的實驗也在番茄花樹上進行,結果發現葉上打洞,使番茄花樹提前了30天開花,證實了打洞催花開的普遍規律。


為什麼在葉片上打洞會有促花開的作用?最簡單的解釋是植物受到刺激,造成壓力,就趕快把生命的資源釋放出來,花開散花粉,才能在危機中求生命的延續。這個想法是有點道理,但研究者隨即發現,打洞並非主要原因,因為研究者也在葉上打洞,並沒有產生那麼強的催花效果。關鍵還在於熊蜂用尖嘴打洞,連帶的把唾液「佈施」在葉洞上。唾液中的化學成份,才是催花早開的主角!


龍生龍,鳳生鳳,蜜蜂催花會打洞!前兩者指的是遺傳,但後者如何出現迫使植物提前開花的行為,不太可能是遺傳。工蜂的生命只有一個月,看不到自己打洞的成果,因此不太可能是因為有效而形成的行為模式。工蜂如何學會這種適應行為,真是謎中之謎。


氣候變遷,全球暖化,不但打亂了植物的開花時間,動物也會早一點由冬眠中甦醒。醒了就餓,餓了就找東西填飽肚子,蜂群當然不例外。但醒得太早,只見綠葉卻無花,空腹之餘,在嘗試錯誤的學習中,打洞催花開的行為忽然湧現,真是一項令人驚豔的為應付暖化而形成的適應行為!古有農人為求速成,揠苗助長,反讓秧苗枯死;今有熊蜂因應花粉短缺,破壞葉片,卻能刺激植物快快開花。自然界的奇觀比比皆是,人間複雜的適應行為,又何足為奇呢?


天氣由寒冷變暑熱,人們也會早點起床,所以美國的夏令時間提前一小時,為的是配合早起的生活措施。否則太早醒來,總不成也人人都去打十八洞(高爾夫球)吧?