应圆桌的需要,整理一下这篇回答。
首先,关于问题本身,总结如下:
1 早春植物是不是多呈现黄白色,尚缺乏可靠的数据支撑。
黄白花植物本来就非常常见,早春花色当中黄白色的比例是否更高,尚没有可靠的数据。类群本身颜色的偏好可能影响更大。
譬如堇菜属的植物(Viola ssp.),其主要花色为蓝紫色,少数为白色、黄色,极少数为其他颜色;并未出现黄白色堇菜集中于早春的现象(如大黄花堇菜 Viola muehldorfii 花期为5-6月、东方堇菜 Viola orientalis 花期为4-5月,以上两种均分布于东北地区;南方的黄色花堇菜,如川东分布的阔紫叶堇菜 Viola cameleo 花期为花期6-7月、云贵川分布的灰叶堇菜 Viola delavayi 花期为6-8月)。
2 早春植物,不一定是「因为昆虫少所以要吸引昆虫」,而往往是「既然昆虫少那就用不着昆虫」。有虫子偶然经过,帮忙搞一下杂交,当然是好事;没有也没关系,植物自己就能完成传宗接代。对于很多早春植物而言,偶尔的虫媒是意外之喜,而种族的延续靠的是自交的机制保证传粉。
早春红颜多薄命,短寿续存靠自交。
如果确有证据显示,早春的植物多为黄白色,那么更合理的解释是:不是它们需要呈现黄白色,而是它们用不着呈现更多的颜色。
白色实际上是由于多层透明细胞和其中的间隙交替层叠,光线在不同折射率的介质当中折射、散射而产生的现象。而黄色色素本身就很常见,譬如类胡萝卜素。其他颜色的花色素并不能带来显著的收益,那么黄白色就是最普通、最廉价、最「节能」的方式。
@蔓玫 的回答,试图做出很详细的解释,但回答当中有一两个地方,有逻辑问题,并且其中一个,还是论证当中比较重要的一环,出了问题。
Bug1:
处于低温的环境里,娇嫩的花瓣自然只能通过更浅的颜色来保护自己,避免吸收过多光线把自己燃烧掉。
既然早春的温度很低,适当地通过吸收光能来提高温度,使得开花部位的小环境更适合昆虫活动,是不是也是合理的解释?旁证:高寒山区的植物,不少要通过形成垫状群体、保证植株低矮等种种适应方式,来尽量维持植物内部的温暖,为何低温环境下,对于花瓣而言,吸收的光线会过多,以至于烧伤自己呢?背景温度低,反而利于深色花的散热么。或者说,早春的低温下,深色花反而有吸收光能从而保温的优势。所以这个解释,说不大通,可以解释夏天自然界深色花不多见,但不是有分量的证据。以上内容尚不影响其他部分的论证。
Bug2:
早春和冬季,气温低,昆虫出现的频率本来就很低。这时候的虫媒花,为了更加明确地引起光顾者的注意,最佳选择也就是黄色了。
另一个问题,就不那么容易发现了。
既然早春昆虫出现的频率低,植物为了完成生活史,是不是只能随大流地采用黄色作为花色,而没有其他的策略呢?
举个例子,题主提到的迎春花 Jasminum nudiflorum,特别是栽培的,似乎在育性上存在一些问题:随手拍解救单身迎春花妹纸(悬赏)有可能是两型花柱的自交不亲和系统的作用,也可能是传粉者缺乏或者其他的原因。
南方的野迎春/云南黄素馨 Jasminum mesnyi,据一些资料称,跟迎春花这个种有所瓜葛。
据 Google Scholar :
Cyto-taxonomy and phylogeny of the OleaceaeH Taylor - Brittonia, 1945 - Springer... FiG. 12. Jasminum Beesianum Forrest & Diels. 2n = 26. Fic~. 13. Ja,~minum officinale L. 2n=26. Fro. 14. Jasminum stephanense Lem. 2n= 26. FIG. ]5. Jasminum Mesnyi Hance. 2n=26.FIG. 16. Jasminum nudiflorum LindI. 2n= 52. FIG. 17. Menodora longiflora (Engelm.) Gray. ...被引用次数:112相关文章所有 6 个版本引用保存
结合《中国植物志》当中如下描述(链接见Jasminum nudiflorum Lindl.):
根据细胞学的研究,有可能迎春花是野迎春J. mesnyi Hance的北方衍生种。
本人猜测,迎春花有可能是野迎春染色体加倍产生的物种。野迎春花色也是黄色,而花期不局限于早春(11月至翌年8月),如果以「吸引早春不多的昆虫」来解释迎春花的花色,那么如何解释野迎春的花色?相反,迎春花的结果率很低,说明「吸引早春不多的昆虫」这种策略,对迎春花而言,是低效的,如果没有人为栽培,也不借助营养繁殖,迎春花会不会继续在竞争当中得以保存,真的要打一个大大的问号。到底是因为野迎春的花产生黄色色素,之后染色体加倍(待验证)产生的迎春花保留了黄色的性状,并且恰好在早春开放呢,还是迎春花为了适应早春的环境,自行产生了开黄花的机制?我有段时间阅读传粉生物学的书籍,恰好提到相关内容,看到一些更有说服力的解释。
植物要在早春的低温胁迫之下延续种族,至少对于一部分种类,不得不采取一些特殊的对策,因为早春确实是一个存在传粉者限制(pollination limitation)的环境。
早春开花的植物,特别是草本的类群,有相当一部分,属于「短命植物」(short-lived annual plants / ephemeral plants),它们必须在很短的时间内完成开花、传粉、结果、产生种子的过程。在低温以及传粉者稀少的情况下,与其去期待本来就不多的传粉昆虫,倒还不如采用自花传粉的策略更加有效。
Snell and Aarssen (2005) 指出,自花授粉的一年生植物,与采取杂交策略的近缘种类相比,倾向于拥有更小的个体,小型并且短花期的花,更少的生长时间和更小的种子。更重要的一点,这些特征,可以通过简单的时间限制假说(time-limitation hypothesis)来解释,而不涉及任何交配或者传粉者的因素。
譬如同样是菊科春天开花的植物,有两种就能做很好的对比。
这两种还都是菊苣族莴苣亚族的植物,也都是开黄花的类群。亲缘关系不像是下文老鹳草属那么接近,但应该也有一定说服力。
其一是大家都听说过名字的,Taraxacum mongolicum 蒲公英。
Taraxacum mongolicum(手动斜体) 蒲公英
记载的花期是4-9月(这里的花期指类群的花期,不是个体从4月开花到9月,是4月到9月都有开花的个体出现的意思),勉强算是春天开放;拍摄日期是3月27日。
另一种是 Lapsanastrum apogonoides 稻槎菜,也是我在最近的想法里提过的东西。
Lapsanastrum apogonoides(手动斜体) 稻槎菜
记载的花期是1-6月,更符合早春的特征;拍摄日期也是3月27日——实际上跟上面蒲公英的照片是同一天拍的。
也有今年2月22日的记录:
阴雨天未完全开放的稻槎菜
两者对比,前者的花序明显更大,花序当中的花(每一个「花瓣」其实都是一朵花的花瓣,组成的「一朵蒲公英」是一个花序)数量更多,植株也更大。花期更接近早春的物种,可能倾向于拥有更小的个体,小型并且短花期的花,更少的生长时间和更小的种子,这是还算不错的例证。
另外一点,自花传粉的植物,与近缘的类群相比,往往会在开花上消耗更少的代价。一个例子是老鹳草属的植物,异花传粉的类型往往会拥有大而艳丽的花,而自花授粉的种类,则要黯淡许多。
Geranium thunbergii(手动斜体) 中日老鹳草
我没找到这个种是否依赖虫媒的资料,但花、果实都比较大。
Geranium carolinianum(手动斜体) 野老鹳草
这个种则是典型的不依赖虫媒的类群,花的直径一般不超过7mm,花色也黯淡许多。
当然,这个属更好的虫媒花的例子,是这个,Geranium pratense 草原老鹳草
(图片引自wiki词条:https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Geranium_pratense_-_aas-kurereha.jpg作者:Ivar Leidus)
以及前一段碰到的这个问题:这是新疆伊犁的植物,请问是什么名字?谢谢。 - 知乎用户的回答
其中的 Geranium divaricatum 叉枝老鹳草,应该也是虫媒的种。
作者 @一苇
严格说来,早春开花的植物,更适合用高纬度/高海拔地区的传粉模型,来解释花色和其他的生态型。
以上回答,至少能补充一部分的逻辑链。完整地解释题主的问题,恐怕尚不简单。
最后是关于这一类问题的评价:
坦白地说,这样的问题很让人头疼:生态学的问题,提出来很简单,要去解答,却往往很难说出个「为什么」。
进化这件事,并不存在「为什么」——朝着某个特定方向进化,特别是「为了某个目标」而进化,统统都是「长颈鹿为了吃到树上的叶子而长出了长脖子」一类的错误。这是用进退废,不是适者生存。
要从动力学来解释某些生态学现象,总还是可以找出原因/假说的,这些原因/假说,可以说是进化的驱动力,但要找出来,不那么容易,验证它是不是,就更不容易。
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