想象一下,生活在高高的树冠上,脚下没有土壤,雨水冲走养分——这就是附生植物(挂在树上的植物)的日常。它们如何在如此“贫瘠”的空间里生存,特别是获取生命必需的氮元素?科学家揭开了它们的生存智慧!
共同生长的附生植物类群
树冠上的“贫氮”困境:
森林树冠是出了名的“缺氮”环境,但这里却住着超过6.5万种形态各异的附生植物!它们挤在相似的树皮缝隙里,怎么解决“吃饭”(氮营养)问题而不“内卷”竞争?
科学家的探索:
中国科学院西双版纳热带植物园的研究人员,在云南哀牢山的森林里,选取了树干上同一高度(1-3米)、微环境相似的区域,采集了共同生活在此的附生维管植物、苔藓、绿藻地衣和蓝藻地衣类群及其潜在氮源的材料,以及它们可能获取氮的来源(如雨水、树干流下的水、树皮本身、甚至空气)。
关键发现:和谐共存的秘密——“各吃各的饭”
通过精密的氮同位素追踪(类似给不同“饭菜”做标记),科学家发现:
“食谱”大不同: 虽然住在同一块树皮上,但不同种类的附生植物获取氮的途径显著分化。有的更依赖雨水带来的溶解氮,有的能利用树皮释放的氮,有的(特别是蓝藻地衣)甚至能自己“固氮”(把空气中的氮气变成肥料)!苔藓、绿藻地衣、蕨类也各有偏好。
“空中饭”优先: 相比遥远的地面土壤养分,这些附生植物更依赖树冠层的大气沉降(雨水、尘埃)和树干表面流下的水(树干径流) 作为主要氮源。
减少“抢食”: 这种“氮源分化”的策略太聪明了!它意味着邻居们虽然挤在一起,但大家“吃的饭不一样”,大大减少了为争夺有限氮资源而产生的“内卷”竞争压力。
环境是“菜单”制定者: 树干本身释放的氮以及树皮表面流下的水,会显著影响附生植物能“吃到”什么样的氮。
研究意义
破解生存密码: 这项研究首次清晰地证明了,在极端贫瘠的树冠环境里,氮获取途径的多样化分工,是成千上万种附生植物能够和谐共存、维持丰富多样性的关键策略之一!
理解森林生态: 它揭示了森林生态系统维持生物多样性的一个精妙机制——资源利用的“错位竞争”(生态位分化)。大家都拓宽“食谱”,减少直接冲突。
生存智慧: 生动展现了植物在严苛环境下的惊人适应力与生存智慧——不靠蛮力竞争,而是靠拓宽资源渠道、差异化生存来“挣命”。
总结:
科学家发现,挤在树皮上的苔藓地衣们,能通过“各吃各的氮餐”(雨水、树皮、固氮等不同来源)来避免恶性竞争,在贫瘠的树冠上和谐共生,共同造就了森林空中的生物多样性奇迹!这就是它们在树冠上的“挣命”之道。
这项研究由中科院版纳植物园恢复生态组(苏天昊硕士、李苏副研究员等)完成,相关结果以Greater differentiation in nitrogen sources is essential for co-occurring epiphytes under low-nitrogen canopy conditions为题发表于专业学术期刊Environmental and Experimental Botany上。
本文作者:苏天昊 李苏
新闻来源:https://xtbg.cas.cn/2022/kxyj01/kydt_1/202310/t20231013_6901985.html