世界上现存的兰科植物共有两万八千种,兰科常与菊科被认为是植物演化的顶点,是一种非常成功的植物。它为什么这么成功呢?就在于它特别善于繁殖,或者说它特别善于骗昆虫帮它繁殖。有的兰(如大彗星风兰)和某种真菌或飞蛾建立起共生关系;有的兰(兜兰),其花朵结构像迷宫一样,确保昆虫身体一定会粘上花粉;还有的兰(如蜂兰、飞鸭兰和铁锤兰等),其花朵看起来和雌性昆虫一样,气味也相近,这会让雄性昆虫不顾一切往上贴,不知不觉帮其传播花粉;还有的兰,其花朵看起来和昆虫喜欢吃的果子一样,气味也相近,这也能确保让昆虫上当。

兰花让昆虫上当的细节有哪些呢?要想弄清楚,最好的方法就是把颜色、形状、气味一项一项拆开来研究。而真花的色、形、香是合在一起不可分的。怎么办呢?科学家们想了一个办法,就是用人造花:制作好几朵外形和颜色完全相同的人造花,然后给这几朵花添上不同的香味,就可以把昆虫对香味这一项的反应单独挑出来比较和分析了。

那用什么材料来做人造花呢?以前科学家都是到路边的一元店里去买些廉价的材料,比如彩色硬纸(construction paper)、棉球、试管、棉芯等拼凑在一起,但是对有些比较复杂的花,用廉价材料拼凑是不行的。

比如有一种名叫Dracula lafleuri的兰花,是通过让自己的花瓣长得像昆虫喜欢吃的一种真菌来骗昆虫。科学家们想知道,这种兰花到底是用哪个部位在骗昆虫,就想用人造花做实验。用原来那种廉价材料拼凑的人造花做实验就不行,就想到了用3D打印的方法打出质量好一点的人造花来做实验

Dracula lafleuri的“唇瓣”

Dracula lafleuri的花瓣长得跟一种真菌相似,而有一种飞蝇喜欢在这种真菌上聚集和产卵。Dracula lafleuri就靠这个来骗飞蝇。这种真菌的外形像一个小勺,用彩色硬纸很难做出来,就算勉强做出来,森林里湿气太重,坚持不了多久就会散架。所以俄勒冈大学的生态学家Policha就和同事们一起用3D打印技术来制作人造花:先对这种兰花进行3D扫描,然后铸模子,制出石膏样,再制成以硅胶为材料的人造花(颜色可以任意选择)。

这些比较结实的人造花制好以后,就把这些人造花挂到真花周围。分别改变真花的颜色、形状和气味,也分别改变人造花的颜色、形状和气味。科学家们甚至还做了半真半假的花(部分使用硅胶材料,部分是真花)。这样就把真花、人造花和半真半假花分成了很多可以对照比较的组,然后观察好多天,看各组花对飞蝇的吸引程度有什么不同。

上图中的四朵花中,只有底部中间的那朵是一点不掺假的花,其他几朵要么是全人造的花,要么是半真半假的花。

观察结果表明,Dracula lafleuri光靠香味或光靠外形都吸引不了飞蝇。为什么这样说呢,因为外形和真花一模一样的假花,吸引到的飞蝇数量,比真花要少。给这些花再加上真花的香味后,它们吸引到的飞蝇数量,就和真花一样多了。不过即使外形和香味一模一样,两种花还是有区别的。人造花虽然可以吸引到同样多的飞蝇,但飞蝇好像还是能识破一些。有些飞蝇虽然被人造花吸引了,但是最后还是不会停上去,转几圈还是会飞走。也就是说,最后停上去的飞蝇,还是真花多。

Dracula lafleuri的“中央花瓣”(labellum,也叫“唇瓣”)在整个伪装中起关键作用。实验表明,如果把真花的中央花瓣换成人造的,那这种半真半假的花吸引飞蝇的能力,就跟完全人造的花一样了。Dracula lafleuri散发出的模仿真菌的酒精气味也只集中在其唇瓣上

Dracula lafleuri(的唇瓣)所模仿的那种真菌

Dracula lafleuri对真菌的成功模仿,也不完全是“唇瓣”(labellums)的功劳 ,它的萼片(sepal)也起了部分作用。Dracula lafleuri的萼片的颜色以白色为底,上面夹杂着褐紫色的斑点。飞蝇在稍远处看到这些褐紫色的斑点,就会误以为是一些自己的小伙伴已经停在上面了,就会跟着飞过来参加大party。

正是因为有了用3D打印技术制造的硅胶人造花,才使得实验关注和搞清了了以上这么多细节。有的科学家认为,在研究兰科以外的其他科植物的授粉时,也可以使用这种技术。

好消息是,3D打印技术成本越来越低,同时技术水平越来越高。另一位科学家已经用3D打印技术制造了表面曲度也完全模仿真花的人造花,用以研究花朵表面曲度对其吸引昆虫来授粉能力的影响。在将来,3D打印技术对真花的形状、纹理、花纹、软硬、弯曲度都可以模仿。

此外,目前对真花还做不到百分百完全模仿,差在哪呢?就差在真花表面会生长几种酵母菌(yeast),这个目前还模仿不了。下一步的实验方向是,先搞清楚某种花朵表面自然生长的是哪几个种类的酵母菌,然后人工培育出这些酵母菌,再放到3D打印的人造花上去。往人造花上放酵母菌的实验需要很精细的操作。

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