“你看，它的叶子和周围的石头颜色一样。”刘建全看着眼前的植物。半荷包紫堇的肉质叶子几乎复制了背景石的颜色，与周围环境完美融合，仿佛被大自然精心涂抹。只有顶部的浅蓝色雨伞花序在寒风中摇曳。

自2014年将该物种锁定为研究模型以来，兰州大学生态学学院植物进化生态学教授和他的团队成员已经在高海拔流石滩地区系统观测了10年。特别是从2018年到2024年，他几乎每年5月至8月都在海拔4000多米的地区驻扎，连续工作两个多月，开展生态模拟实验和数据材料收集。

“我们发现，与石头颜色相似的植物通常生长得更强壮，而绿叶植物通常会吃掉1-2片小叶甚至3片小叶。这刺激了我们思考这些植物是否具有类似动物伪装的生态适应性。”作为论文的高级通讯作者，刘建全的眼睛里闪过一丝惊喜，但他的眉毛微微皱起。这种看似普通的半荷包紫堇真的能颠覆我们对山地植物伪装特征的理解吗?

不久前，这一成就在《自然生态与进化》中发表，为了了解高海拔地区植物的生态适应性提供了新的视角。

研究的初衷：探索高山植物的生存智慧

在大多数人的印象中，高原植物似乎总是被没有防御能力的活目标屠杀。然而，在刘建全看来，这些高山植物有自己的“秘密武器”。例如，叶子的颜色会发生变化(如紫红色、银灰色和棕褐色)，这实际上是他们适应高原环境的“生存设备”。

自20世纪90年代初以来，刘建全领导的团队每年以每年3至5次的频率对青藏高原的高山流石滩进行科学调查，总共100多次。

特别是在过去10年的集中研究和实验中;每年夏天，团队成员每人报废两双专业登山鞋。锯齿状的流石滩砾石可以在短短两周内将橡胶底磨成“溜冰鞋”。

"我们的成员每天要爬800米，这相当于在平坦的地面上行走的四倍能量消耗。流石滩的斜坡一般为75米°，每一天，我们都在演绎一场“壁虎式贴地”的科研芭蕾。

刘建全说：“我的身体上满是绿色和紫色的石头割伤。为了保护生态平衡，在翻转每块石头时，我们遵循‘三原则’。我们把原来的方向、角度和压力放回去，平均每天翻转2000块石头，导致指纹模糊，只是为了寻找那些高原植物。”

青藏高原的每一座山顶，都被称为生命禁区的流石滩，虽然看似荒芜，但实际上隐藏着许多动植物。刘建全注意到，这里有两种不同的植物类型，如矮垂头菊、半荷包紫堇和梭沙贝母：一种保持正常绿色，易于识别;另一种是与周围石头的颜色一致，很难找到。否则，你可以试着在下面的图片中找到哪里有植物?

刘建全解释说：“为了便于调查和收集数据，我们最初选择了在青藏高原东北部附近分布的矮垂头菊和其他物种进行研究。然而，这些物种的巨大基因组超出了我们资金的承受能力，最终放弃了”。“经过多次比较，我们发现分布在青藏高原东南部的半荷包紫堇基因组较小，适合研究;因此，自2014年以来，我们开始了探索山地植物伪装密码的旅程。”。

事实上，国际上对伪装动物的遗传调控研究，即对伪装动物进行分析和控制的密码研究，也是在这个时候开始的。

伪装的生态过程：人工验证

“流石滩植物和背景石头颜色的相似性可能比动物伪装更重要，因为它们反映了动物和植物之间的食物和食物，特别是在气候变化敏感的青藏高原，而流石滩是青藏高原生命生长的最高区域，相当于敏感区域的敏感区域。”

与动物伪装相比，研究植物伪装的生态效应、机制和遗传基础，特别是它们与动物之间的相互作用更加困难。这不仅是因为研究环境的困难，也是因为它涉及到动植物之间的进化游戏。

值得注意的是，收集和使用蝴蝶及其幼虫进行田野试验极其困难。

7月，在普金拉冢山，海拔4700米的稀薄空气使打火机无法点燃。凌晨3点，团队从住宿点出发，经过五个多小时的山路颠簸，终于到达了山脚下，开始爬山。不幸的是，他们遇到了持续的降雨。工作三个小时后，夹克完全湿透了。尽管寒冷和缺氧使手指僵硬，手背血管爆裂，嘴唇发青，但科学研究的热情仍然很高。研究团队继续寻找植物样本和蝴蝶幼虫。

在这项工作中，团队建立了一个完整的证据链，从表型、基因型到生态系统，以澄清由植物伪装引起的动植物种之间的相互作用关系。

要合理地连接这三者之间的关系并不容易。首先，在半荷包紫堇和丝绸蝴蝶的食物链中，我们必须弄清楚丝绸蝴蝶是如何捕食紫堇的，这取决于视觉、嗅觉还是味觉?样方统计发现，绿色植物被咬得更明显;相比之下，伪装植物被吃掉的概率较低，并且表现出更高的坚固性。

同时，观察到丝绸蝴蝶幼虫爬行距离很短，通常只吃附近栖息地的叶子。然而，如何确定叶子的颜色差异直接导致叶子的食用差异?验证还需要设计更精确的实验。

经过半年的反复讨论，团队决定通过人工智能打印1:1.模拟植物验证：一种模拟伪装植物，另一种模拟正常绿色植物;这种设计直接消除了味觉和嗅觉的干扰。将模拟植物放在流石滩上，通过摄像机记录成年雌性蝴蝶对不同颜色模拟植物的访问率和产卵率;结果表明，雌性蝴蝶确实愿意访问模拟绿色植物并产卵。

“由于叶子主要由幼虫食用，幼虫是否喜欢吃不同颜色的叶子?经过长时间的讨论，我们决定统计幼虫直接吃叶子的实验。为了避免饱腹感引起的选择偏好，野外收集的幼虫应先饥饿24小时，然后提供真正的半荷包紫堇叶，用于伪装颜色和正常绿色，以检查幼虫对不同叶子的选择，包括进食速度和存活率。”刘建全说：“实验结果表明，幼虫对不同颜色的叶子没有偏好。”。

刘建全笑着解释道：“基于这些人工设计的科学现场生态实验，我们提出了‘半荷包紫堇的伪装策略来自于种植者施加的选择压力’。根据植物颜色干扰成年雌蝶产卵是植物伪装成功的一个重要因素。”

伪装的奥秘：从表型到基因的探索

刘建全强调：“进入21世纪后，基因组、转录组和其他组学数据的快速发展为研究动植物伪装的分子遗传机制提供了新的机遇”。“自然，我们通过代谢组确定花青素的过度积累是伪装颜色与正常绿色叶片不同的主要原因;转录组分析发现，与绿叶相比，伪装叶片中与花青素通道相关的基因表达率较高。”

为了确定哪些基因变化导致花青素合成通路基因的高表达，进而导致花青素的积累，最终导致与背景石颜色一致的伪装形成，该团队测序了从野外采集的伪装和普通植物的全基因组，并分析了全基因组的相关性。

结果表明，显著的连锁信号出现在第4号染色体的一个特定区域，该区域包含一个转录因子家族成员——BHLH35基因，用于调节花青素合成。

为了进一步验证自然基因类型与遗传变异之间的关系，团队花了大量时间尝试将两种类型的植物杂交以获得重组和自交，然后再现两种类型特征的分离比例和遗传基础。他们还希望通过基因编辑技术使普通的绿色半荷包紫堇高度表达基因，从而达到花青素积累形成伪装色彩的预期效果。

然而，由于该物种长期适应高海拔环境，在实验室种植之前就已经死亡，这不仅浪费了它们大量的时间，而且给遗传变异的功能验证带来了巨大的挑战。

经过多次讨论和考虑，团队决定进行跨物种功能验证，以确认该基因是否在不同的植物物种中执行相同的功能。他们发现，高表达BHLH35基因可以增加花青素，并成功地重现伪装颜色的形状。这表明该基因具有保守的功能和重要的应用价值。

气候变化：动植物之间的生死博弈加速演变

“在过去的500年里，全球气候持续变暖，导致其他动植物向该地区扩张。这一变化减少了流石滩上半荷包紫堇和丝绸蝴蝶的生存空间，两者之间的生存游戏变得越来越激烈。事实上，半荷包紫堇和丝绸蝴蝶是该地区的濒危物种。”刘建全说。

令人惊讶的是，该团队发现，伪装现象导致了不同流石滩上营养相关物种的镜像效应。在缺乏伪装的植物种群中，绿色植物成为蝴蝶幼虫的目标，导致植物强度低，个体种群数量急剧减少，正在灭绝;蝴蝶种群的个体数量几乎发生了变化。相反，在伪装植物出现的地区，植物种群的个体数量几乎没有变化;但蝴蝶种群的个体数量急剧下降。事实上，在过去的10年里，很难在伪装更多的植物种群中看到或捕捉到另一只蝴蝶。

刘建全说：“除了植物伪装，青藏高原还有许多特殊、特殊和独特的生物现象。每种生物现象都可能包含独特的遗传变异和相关的基因资源。我们计划进一步挖掘和利用这些基因资源，并将其应用于各种生产和实践，以促进农业、生态和人类更好的生活。”