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天作之合的一吻:大彗星風蘭與它驚奇的30cm之謎——《蘭的 10 個誘惑》

遠流出版_96
・2017/06/01 ・2857字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 477 ・五年級

西元一八六二年一月,陽光灑落在橡木桌的一角,一只包裹安靜無聲的被放置在桌上,標籤上寫著:「達爾文先生收」。一雙略帶皺紋的手,小心翼翼的將包裹打開。這只包裹,寄自貝曼先生,裡頭裝著他從世界各地採集來的珍奇蘭花,讓達爾文在「蘭花授粉」這個研究主題上獲取更多紀錄與佐證。

當五十多歲的達爾文陸陸續續從箱子裡拿出不同蘭花,並在紙上詳實記錄下這些蘭花的特徵與相對應的傳粉媒介時,箱子裡一朵潔白無瑕的花朵吸引了達爾文的注意。不僅僅是因為花的顏色,它那略與手掌等大的花朵尺寸、蠟質厚實的花瓣,都是那麼的吸引人。其中最令達爾文震驚的是,在這花朵的後方,唇瓣向後延伸出一個細長的花距,而這花距竟不可思議的超過三十公分長。

大彗星風蘭(Angraecum sesquipedale)花被片後方有著長達三十公分的花距。

這種前所未見的花部構造著實困擾著達爾文,他不斷思考:為什麼會出現這麼特殊的花形?是什麼樣的力量造就了這一切?

包裹中的神祕星狀花朵

這朵有著超長花距的蘭花,是馬達加斯加島嶼上特有的植物,因為它的花期通常在十二月到一月之間,加上花形如夜空中的星芒般,所以有著聖誕星蘭(Christmas star orchid)的稱號。在聖經的記載中,聖誕之星就是耶穌降生時天上那顆特殊的伯利恆之星,目前普遍認知那可能是顆彗星,也因此讓這種蘭花有了大彗星風蘭的俗稱。

風蘭屬(Angraecum)的植物幾乎都有著這樣的長距,但一般而言,長度多半在十公分左右,科學家也觀察到它們幾乎都是以蛾類當作傳粉的媒介。但眼前這朵花距長達三十公分的大彗星風蘭也是如此嗎?達爾文不禁陷入深深的沉思之中。

為了一探究竟,達爾文趕緊從抽屜裡拿出一支細長的探棒,小心翼翼的將探棒深入花距中。結果發現,在花距的上端幾乎沒有花蜜,所有花蜜都集中在花距的最末端,這似乎代表如果有生物想要獲得這裡頭的花蜜,勢必要有一個非常長的口器才能接觸得到。此外,達爾文在用探棒檢查花距裡的花蜜時,在某些特殊的角度下,探針能夠順利移除蕊柱上的藥帽,並沾附到大彗星風蘭的花粉塊。更令達爾文確定的是,當他再將沾有花粉塊的探針重新深入花距內,花粉塊竟然也能非常巧合的黏附到柱頭上。因此,達爾文在他的著作中寫下:「在馬達加斯加的島嶼上,一定有一種能夠傳粉的昆蟲。可能是某種巨大的蛾類,牠的口器可以伸長超過三十公分,而這種蛾類在吸蜜的過程中,能夠協助花粉傳遞,替大彗星風蘭完成傳粉的動作。」

查爾斯.達爾文(Charles Darwin)肖像畫。圖/Wikimedia

這番爭議性的言論,在當時的學界投下了一顆震撼彈,很多人都想著,怎麼可能會有口器長達三十公分的巨蛾存在?但達爾文非常確信大彗星風蘭和這種巨蛾之間的關係。他認為有著短口器的蛾類因為沒辦法碰到花蜜,所以這種授粉的關係並無法維持,加上口器太短,所以在深入花距時的角度也不對,導致無法順利帶走蕊柱上的花粉塊。因此,達爾文認為巨蛾和大彗星風蘭之間有著相依相存的關係,唯有長口器的巨蛾能夠讓大彗星風蘭成功授粉,並且進一步發育產生種子,如此後代的蘭花就能不斷的保持這樣長距的特色。所以如果馬達加斯加島上這種巨蛾已經滅絕,那麼大彗星風蘭應該也會跟著消失在演化的歷史上,但是我們仍然能夠在自然的環境中找到大彗星風蘭,這就代表,這種有著長口器的巨蛾一定存在於馬達加斯加島上的某個地方。

這樣的信念,直到達爾文辭世的那天還是沒有被證實。雖然之後科學家陸陸續續在非洲、巴西等地觀察到口器將近二十公分長的天蛾,但那個在預言中口器超過三十公分長的天蛾卻始終不見蹤影。四十年過去了,馬達加斯加島上的巨蛾仍然像是一則傳說。

預測之物現身!

到了一九○三年,有科學家在馬達加斯加島上發現一種天蛾。當他們小心翼翼的將天蛾的口器展開的那一瞬間,空氣彷彿凝結了,時光像是倒退回四十年前那一天,就是達爾文站在書桌旁端詳那朵大彗星風蘭的那個時刻。顯示在量尺上的刻度數字讓人不可置信,這隻天蛾的口器長達三十公分,翼展更是超過十五公分!四十年前的預言,在這一刻終於得到了證實,這種天蛾(Xanthopan morgani praedicta),其實與之前在東非觀察到口器長達二十公分的天蛾非常類似,是牠的一個亞種,因此,為了紀念這個如同神話般的故事,這隻天蛾的亞種名被命為 praedicta,也就是預測之物的意思。目前馬達加斯加島上的亞種已和分布於非洲大陸的種類合併,確認為同一類群。

雖然預測之物終於被世人發現,但因為這種天蛾的數量非常稀少,而且都在深夜活動,所以牠與大彗星風蘭之間的關係其實還是不為人知。不過在科學家長期的野外監測下,終於在一九九二年首次記錄到這種天蛾拜訪大彗星風蘭協助傳粉的現象。

在那個晚上,原本已經死心、不抱任何希望的科學家正準備闔上雙眼,此時突來一陣雙翅拍振的高速頻率,扎扎實實將科學家的瞌睡蟲一掃而空。在那完全不敢呼吸的時刻,只見這隻長喙天蛾伸長了口器,直接瞄準大彗星風蘭蕊柱基部通往長距的開口,毫不猶豫的往長距裡不斷深入,直到頭部碰觸到蕊柱的頂端。

此時長喙天蛾終於獲得長距最末端的甜蜜報酬,在吃飽喝足後,長喙天蛾向上準備離開的瞬間,細長口器拉扯到蕊柱頂端的藥帽,隨著藥帽脫落,花粉塊也順勢向外掉出,花粉塊基部的黏質盤就這樣不偏不倚的黏附在長喙天蛾口器與頭部的相連接處。

大彗星風蘭的花粉塊就這樣順利完成傳遞,留下的只有雙翅的振動聲響及看得入神的科學家,整個故事也終於在這天勾勒出完整的輪廓。回頭一望,竟已揮灑了一百三十年的光陰。

風蘭授粉方式示意圖,請按此觀賞全圖

風蘭與天蛾的演化之舞

這段歷史雖然已成過去,但除了大彗星風蘭外,綜觀整個分布於非洲及馬達加斯加島上的廣義非洲風蘭,包含了船型風蘭亞族(Aerangidinae)及非洲風蘭亞族(Angraecinae)。這些蘭花都和大彗星風蘭一樣,在與天蛾共同演化的歷程中,皆形成了長距、淡色花朵、帶有香氣這些共同的特徵,但是在花距的長度、角度與形狀上產生不同的變化,以因應不同的天蛾種類,以及區別不同花粉塊的附著位置。

除了與天蛾共同演化外,透過科學家的觀察研究發現,少數風蘭屬植物已經轉變為藉由鳥類傳粉,因此花距長度變得比較短,寬度也變寬,以符合鳥喙的外型。

除了天蛾及鳥類外,是否還有別種生物也在風蘭的生殖上扮演重要的角色呢?舉例來說,科學家在馬達加斯加這座神祕的島嶼上,其實還發現了另一種風蘭屬的長距風蘭(Angraecumeburneum var. longicalcar),其花距比大彗星風蘭還要長,幾乎達四十公分。因此,馬達加斯加島上或是世界其他的角落還會不會出現我們意想不到的謎樣之物,目前無法肯定,唯一可以確信的是,演化的力量還是持續在進行中。


 

 

本文摘自《蘭的 10 個誘惑:透視蘭花的性吸引力與演化奧祕》遠流出版


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為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化


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