植物大战昆虫

张井雄 吴建强

植物与昆虫：神奇的“共进化”

从一开始，昆虫和植物的关系就很微妙。总体而言，植物和虫的关系可以分为两类：一类是相互受益，比如昆虫给植物传播花粉，而植物为昆虫提供食物，可谓相得益彰，互利互惠；然而，自然界中更普遍的植物和虫的关系却是第二类——单纯的取食行为。

据统计，全世界大约存在792000种昆虫，这些昆虫中，大约45%以植物为食，我们称之为植食昆虫，以下简称昆虫。

事实上，所有的植物都会被至少一种虫类所取食，这就是共进化理论。共进化，也叫协同进化，最初由埃利希和雷文在研究粉蝶与其寄主十字花科植物关系时提出。简要说来就是，植物通过进化，产生一系列的次生代谢物（植物中一大类并非生长发育所必需的小分子有机化合物），保护了自身；与此同时，昆虫种群通过新的进化重新适应产生次生代谢物的植物；成对交互作用的结果造成昆虫食性的专化、形成动植物生态关系多样性。

该理论还认为：昆虫对植物的取食大大增加了植物物种多样性，这种植物物种多样性又反作用于昆虫，同样也增加了昆虫的多样性，这是相互促进的。

植物进化：一场华丽的冒险之旅

生物总是在进化的。很少有植物像动物一样移动，那么植物就注定要面临更多的环境挑战。例如非生物的环境因素：干旱、洪涝、紫外线、盐碱条件等，再比如生物类的真菌、细菌和病毒的感染以及动物的取食等。在生物进化的早期，虫类的祖先们开始以植物为食，因此，为了物种的延续，植物们不得不进化出一套适应环境的机制。

植物们不断进化，一些优异的性状就在不断变化的环境中得以保留。需要说明的是，这种进化是非常缓慢的，可能一万或者十万个个体中只有一个个体发生了基因变化，而且这种基因变化很多时候是非常危险的。

大多数植物是靠叶片的光合作用来获取营养的。但如果一棵植物因为基因变化导致叶片的缩小，就意味着营养的减少，在竞争激烈的环境中，这就可能导致这个个体的死亡。相反，如果这个基因变化导致了叶片的增大，那么这个个体成活的机会就比别的植物多。

在很多情况下，长出一个大叶子的机率远远小于长出一个残缺叶子的机率。但毫无疑问，只要有朝着有利于群体生存的方向发展的可能，那么这种冒险就是值得的！

五花八门：植物的虫虫防御宝典

植物究竟进化出了什么法宝呢？ 根据防御方式的不同，我们可以将这种进化出来的优异性状防虫术统分为两类：一类是非常直接的，称之为“直接防御”。比如，有些植物会让自己变得很难吃，于是虫子吃得就少了，或者干脆不吃了；有些植物通过自身含有的蛋白酶抑制剂，使得吃了它们的虫子消化不良，久而久之虫子也就不吃了；有些植物长出坚硬锋利的刺、毛，严禁虫子靠近，或者给自己穿上厚厚的盔甲，增强角质层的厚度，增多蜡质的合成，让虫子们咬不动；还有些植物更狠，干脆释放毒素，让吃了它们的虫子一命呜呼。

另外一类植物的防御方式是间接的，称之为“间接防御”。植物确实害怕被虫子吃，可是螳螂捕蝉，黄雀在后，任你再厉害的虫子，终究还是有天敌的。既然我搞不定你，那我就请你的天敌来搞定你。于是乎，有的植物在遭受虫子袭击的时候就释放出一些挥发性化合物到空气中，引诱植物的天敌前来捕食虫子。

有的人就很好奇了，既然植物有防虫能力，为什么我们的庄稼会遭受攻击呢？这是因为，昆虫们同样不傻，它们也会进化：既然你让我吃了不消化，那我就增强我的消化能力，吃再多也不怕消化不良；既然你身上有毒，那我就“配制”一个解毒药，照吃不误；既然你有厚厚的盔甲，那我就进化出比你的盔甲还要坚硬的嘴巴；既然你有硬硬的长刺不让我靠近，那我就进化出厚厚的皮甲，让你能奈我何？

尼古丁抗蟲：昂贵的代价

作为云南的支柱产业之一，烟草这种植物里有种化合物叫尼古丁，这是一种存在于烟草属（茄科）植物中的生物碱，也是烟草的重要成分之一，它会使人上瘾或产生依赖性。尼古丁是非常好的抗虫化合物。烟草属植物被虫子咬食后，“哨兵”——也就是植物的感受系统就会发出被攻击的信号，这个信号通过一套非常复杂的机制最终传到“生产工厂”，命令其生产尼古丁，然后利用这种神经毒素来进行防御。

当然，植物防御昆虫并不是没有代价的。比如，合成尼古丁是非常“昂贵”的，因为尼古丁里含有氮元素，而氮是用来合成植物生长所需要的营养成分。因此，合成抗虫用的尼古丁会降低植物的生长速率。

尼古丁生产出来后，被运送到茎叶。虫子吃了含有尼古丁的叶片后，需要有个“解毒”的过程，这个过程对昆虫来说也是一个费时费力的事情。如果虫子没有进化出解毒机制，就会中毒身亡。

但是，昆虫也会进化，进化出对植物抗虫化合物产生抵抗力的本领。比如，烟草天蛾就是一种非常耐受尼古丁的昆虫。如果把烟草天蛾的耐受量和人的相比，人的耐受程度就太低了。这是昆虫适应进化的结果。

尼古丁只是烟草属植物所特有的抗虫方式之一。其实，植物都含有多种多样的次生代谢产物，而其中很多都有抗虫功能，如棉花里的棉酚和辣椒里的辣椒素等，也是植物抗虫用的化合物。

生长还是防御，这是一个问题

对于植物来说，当有虫子来咬食时，它要做出决定，是集中力量进行防御，还是继续快速生长。如果防御的代价高到一定程度，有的植物宁可不充分防御，而是选择快速生长。

人们很早就提出了这个理论，而验证这个理论的好例子也是烟草属植物。在美国犹他州和亚利桑那州，生长有同一野生烟草的两个品种，研究人员曾做过一项研究，把同一种虫子放在这两种烟草上，看看它们的反应是否相同，结果发现，犹他州野生烟草的抗性非常强烈，采用生产较大量尼古丁的方式来防御昆虫；而亚利桑那州的野生烟草响应不强烈，但却长得很快。

亚利桑那州的野生烟草，趁着虫子慢慢咬食的时间，快快生长、开花、结果，完成播种后代的使命。也就是說，这种野生烟草并没有采用着重于防御的手段，而是采用着重于生长的方式来对付虫害。

进一步研究后，人们认为这和亚利桑那州野生烟草的生活环境有一定关系。这里虫害不是很严重，野生烟草可以不用太在乎虫子，尽快地完成开花、结果的生命过程足以应对虫害。

当然，植物防虫的手段远不止这些。有的植物在碰到虫害后，会产生某些特殊的气味，吸引昆虫的天敌来取食，从而起到防御作用；还有的植物会利用其他植物受到虫害后产生的警戒信号，从而使自己快速地产生防御反应，来帮助自己御敌。

与此同时，昆虫里也有聪明的角儿，你既然不让我吃，我吃别的植物不就行了。既然我不能破解你的防守，那我就改变我的攻击对象，于是，那些弱势的植物就遭殃了。

俨然，一场进化的攻守大战已经展开了。双方都大展拳脚，却又都奈何不了对方，接下来会发生什么？还是让我们拭目以待吧！