《植物知道生命的答案》(以)【美】丹尼尔.查莫维茨 著 刘夙 译 长江文艺出版
作为生物界最顶层的人类,我们很好奇植物是如何感知这个世界的,它们之间有没有交流,是如何交流的.......本书将带领我们进入不同种类的植物生活,吸引我们将其与人类的感觉相对比。
本书共分为六章内容,分别从植物的“视觉”、嗅觉”、“触觉”、“听觉”、“感知”和记忆去阐述,以下为书摘的具体内容。
一、植物能看到什么
植物学家达尔文父子通过研究金丝雀虉草发现了植物具有向光生长特点,其中感受光的部位在茎尖,向光弯曲的部位是茎中部。植物向光生长的现象在日常生活中我们都能观察到,比如你放置在窗户的植物,它总是朝向窗外生长。
1906年,在马里兰州南部山谷中烟农注意到一个烟草的新品系:马里兰猛犸。它生长不休,却很少开花。原来植物具有光周期现象,因此植物分为短日照植物(日照较短的时候开花)和长日照植物(日照较长的时候开花),且植物测量的是连续黑暗时期的长度而不是白昼的长度。马里兰猛犸就是一种短日照植物,因此将马里兰猛犸白天置于田中下午到阴暗的棚屋里,它开始开花。根据植物的这个特点,花农也可掌控花的开放时间,所以我们经常能看到花卉市场上本不在这个季节开放的花的品种。植物能够区分颜色,他们靠蓝光知道向哪个方向弯曲,却靠红光测量夜晚的长度。
光是植物的食物,但植物没有神经系统,不能将光信号转化为图像,但能将其转换成生理上可识别的指令。动物和植物都含有叫作隐花色素的蓝光受体,植物体内的隐花色素主要功能是根据光照来重新调节昼夜节律钟,也就是说植物也具有时差性,原始的昼夜节律钟的功能很可能是为了保护细胞免受高强度紫外线辐射的伤害。
二、植物能嗅到什么
生活中我们会发现成熟的香蕉跟硬的鳄梨放一起,鳄梨很快就变软;划破少数几个成熟的无花果后发现整串无花果很快就成熟,这是因为成熟的果实会释放一种催熟剂-乙烯,而植物能闻到周围乙烯的味道。菟丝子是一种寄生植物,它就是靠“嗅“植物气味来寻找寄主的,且偏爱番茄。当植物叶子受到细菌侵害时会释放水杨酸甲酯气体告知同伴危险正靠近,周围的叶片“嗅”到后将吸入的气体转化成水杨酸从而达到防御。
三、植物能感受到什么
捕蝇草生长在南北卡罗来纳州的酸性沼泽中,那的土壤缺乏氮和磷,为了在营养如此匮乏的环境生存下来,捕蝇草既可以通过光获得养分(光合作用),也可以通过捕食昆虫和其他小动物获得养分。捕蝇草能感觉到猎物,能够感知在捕虫器内侧爬行的生物个头是否适合食用。这个跟它的结构有关,在捕蝇草的两个瓣片内侧的粉红色表面生有几根巨大的黑毛,这些毛是触发器,能触发捕虫器突然闭合。但只有一根毛被触碰还不足以使捕虫器闭合,必须有至少两根毛被触碰,时间间隔大约在20s之内才行。
含羞草被触碰后叶子会合拢这个现象很多人都实践过,原来在含羞草叶子中有一群细胞构成被称为叶枕结构,是能使叶子运动起来的运动细胞。在含羞草的每一篇小叶基部都能找到叶枕细胞,它们像微型的水泵一样可以使叶子运动。叶枕细胞充满水分时,就让小叶张开;叶枕细胞失水时,压力骤降,叶子就折叠起来了。那么如何告知细胞应该泵入水还是泵出水的信号呢?在正常情况下,当含羞草的叶子张开时,叶枕细胞充满钾离子,相对于细胞外部,细胞内部高浓度的钾离子导致外面的水进入细胞,这就让细胞壁承受了很大压力从而叶子就硬挺起来了;但电信号到达叶枕细胞时,钾通道打开,随着钾离开细胞,水分也离开细胞,这使细胞松垮下来;一旦信号消失,叶枕又重新把钾泵入细胞,由此引起的流入细胞的水流便使叶子又张开了。
对植物的触碰有些会影响植物的生长。科学家发现经常触碰苍耳叶子,那么这片叶子长不到正常的长度或者被杀死,这就是由触碰引发的生长迟滞,触碰激活了TCH基因(与钙信号转导有关)。
人类对触碰和疼痛的感知是主观的,因人而异。而植物不受主观因素的限制,因为它没有大脑。但是植物能感受到机械刺激,可以以独特的方式对不同类型的刺激做出反应。作为固着、生根的生物,植物不能退缩或逃脱,但他们能够改变新陈代谢去适应各种各样的环境。
四、植物能听到什么
目前还没有更新的数据支持植物能对声音做出显著反应的观点,因此植物可能是聋子,或者说听觉可能并不是植物真正所需要的感觉。
五、植物如何知道身在何处
植物根向地生长,茎背地生长,说明植物也能分辨上下。植物的地下和地上部位是利用不同的植物组织觉察重力,在根中觉察重力的是根尖,在茎中则是内皮层。在根冠中央区域的细胞内含有叫作平衡石的致密球状结构,而地上部分中唯一含有平衡石的组织就是内皮层。平衡石就像人类耳朵中的耳石,平衡石对重力做出反应的方式,使科学家猜测它们正是真正的重力感受器。
达尔文发现所有的植物都在做重复性的螺旋状摇摆运动,他将这一运动命名为|“回旋转头运动”,并得出结论:回旋转头运动不光是所有植物行为中的固有成分,实际上,这些螺旋状的摇摆舞蹈还是所有植物运动的驱动力。在他看来,向光性和向地性只是瞄准某一特殊方向的修饰过的回旋转头运动。大约80年后,这一假说受到挑战。德龙技术研究所的多纳尔德.伊斯雷尔森和安德尔斯.约翰森提出一个替代的假说,认为植物的摇摆不过是向地性的结果|(而不是原因)。最后通过太空拟南芥实验表明:重力不是运动的必需条件,而是修饰和放大植物这种内在运动的必需条件。所以达尔文是对的--就目前所知,回旋转头运动的确是植物的內秉行为,只是这种行动需要在重力条件下才能得到最充分的表现。
六、植物能记住什么
捕蝇草只有在昆虫触碰其两根根毛时间间隔小于或等于20s时,捕虫器才闭合进行捕食。
植物侧芽遭到顶芽压制的现象叫作顶端优势,在正常条件下,如果顶芽被摘除,两个侧芽会均等生长。但多斯塔尔注意到,如果他在摘除顶芽之前先除去一枚子叶,那么只有位于剩下那枚子叶会生长。这个结果可以看作是一个典型的对刺激做出反应的过程。
泰利耶是法国科学院院士,他用鬼针草做实验发现,在他摘除鬼针草的顶芽之后,两个侧芽都开始了基本均等的生长,但只要他弄伤一片子叶,那就只有靠近健康子叶的侧芽会生长。
以上实验和植物记忆有什么关系呢?泰利耶再次做这样一个实验:像以前一样针刺一片子叶,但几分钟之后,他把两片子叶都移除了。他发现植物仍保持着对针刺的记忆--一旦中心芽被移除,和原先那枚受伤子叶一侧的侧芽更快。科学家虽然还不知道这一信息在中心芽中的储存方式,但是一个很可能的推测是,这一信号以某种方式与生长素相关。
植物也要经历春化。如没有经历过冬天一段寒冷的时期,冬小麦在春天就不会开花,也就不会结果。李森科把这个过程叫作“春化”,现在已经成为称呼任何冷处理的通用术语,不管这种处理是自然的还是人工的。在遗传学上,对寒冷的需求是一个显性性状,在这里面涉及到的专门基因是FLC,休眠形式的FLC会阻止开花,除非植株经历了春化阶段。一旦植物通过了天气寒冷的时期,FLC基因就再不转录。这个基因被关闭了,并不意味着植物马上就会开花,必须要有一种办法能在即使气温回升后仍然记住曾经经历了寒冷天气以保持FLC基因的关闭状态。科学家的研究高度突出了表观遗传在植物冬季记忆中的作用。
植物“记忆”会遗传吗?科学家研究的案例中,“记忆”都是以某种形式的表观遗传为基础的。表观遗传挑战了认为只有DNA序列中的改变能从细胞传给细胞传统遗传学观念。