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植物有哪些你不知道的“神奇能力”?


 新闻归类:精选阅读 |  更新时间:2017-02-10 21:06

对植物来说,光既是一种信号,也是一种食物来源(图片来源:katalinks/Alamy)

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根据杰克·舒尔茨(Jack C Schultz)的看法,植物"只是行动非常缓慢的动物"。

这不是对基础生物学的误解。舒尔茨是位于美国哥伦比亚的密苏里大学(University of Missouri in Columbia)植物科学系的教授。他花了四十年时间研究植物和昆虫之间的相互作用。他对自己的研究了若指掌。

相反,他探讨的是我们对植物的通常看法。他觉得人们通常对植物视而不见。然而,植物会争夺领土,寻找食物,逃避捕食者,让猎物落入陷阱。它们像任何动物一样活着,并且有着相应的行为。

法国里昂大学(University of Lyon)的植物学家奥利维尔·哈曼特(Olivier Hamant)说:"要看到这一点,你只需要制作一个关于植物生长的高速播放电影——然后,植物的行为看起来就像动物了。事实上,延时摄像机揭示了鲜为人知的植物行为的精彩世界,任何观看了大卫·艾登堡生命系列记录片(David Attenborough's Life)中著名的林地片段的人都可以为此证明。

植物的移动是有目的的,这意味着它们一定意识到周围发生的事。"为了作出正确的反应,植物还需要根据不同条件调节复杂的传感器官,"舒尔茨说。

那么什么是植物的感觉?如果你相信以色列特拉维夫大学的丹尼尔·查莫维兹(Daniel Chamovitz)的看法,那么植物的感觉和我们自己的感觉没有什么不同。

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Image caption 这些向日葵"知道"什么?(图片来源:Igor Stevanovic/Alamy)

当查莫维兹开始写作他2012年出版的著作《植物知道的事》(What a Plant Knows)时,他还为此感到有些担心,在书中,他通过最严谨和最新的科学研究探讨了植物如何体验这个世界。

"我非常担心这本书会引发的反响,"他说。

他的担心并是没有根据的。在他的书中,植物有视觉、嗅觉、触觉,有感知能力,这些描述都与1973年出版的流行读物《植物的秘密生活》(The Secret Life of Plants)遥相呼应。后者,吸引了经历了"权力归花儿"(flower power)运动的一代人,但几乎不包含事实信息。

在早先的这本书中,可能最经得起验证的说法就是植物会对古典音乐的声音作出积极的反应。但这个看法完全不可信。

但是自20世纪70年代以来,植物感知领域的研究已经取得了很大的进展。近年来有关植物感知的研究也有所增加。这项研究不是为了简单地表明"植物有感情",而是要探讨植物为什么以及如何感知其周围环境。

海蒂·阿佩尔(Heidi Appel)和雷克斯·考克罗夫特(Rex Cocroft)是舒尔茨在密苏里大学的同事,他们正在研究植物听觉的真相。

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Image caption 像这种暗点赭尺蠖(Erannis defoliaria)一样的毛毛虫对植物叶子来说就是厄运(图片来源:H. Lansdown/Alamy)

"我们研究工作的主要贡献是为植物为什么能被声音影响找到一个原因,"阿佩尔说。贝多芬的交响乐对植物几乎没有什么影响,但一条饥饿的毛毛虫靠近植物就是另一回事。

在他们的实验中,阿佩尔和考克罗夫特发现,毛虫啃噬所产生的声音的录音会引起植物的叶子上分泌出大量的化学防御剂。"我们的研究表明植物对生态相关的"声音"作出了与生态相关的反应,"考克罗夫特说。

生态相关性是关键。苏黎世瑞士联邦理工学院(Federal Institute of Technology)的康斯薇洛·德莫赖斯(Consuelo De Moraes)与合作者的研究表明,除了能够听到靠近的昆虫外,一些植物可以闻到它们,或者嗅到邻近植物在作出反应时释放的挥发性信号。

更可怕的是,在2006年时,她曾演示过一种被称为菟丝子(dodder vine)的寄生植物如何嗅出一个潜在的宿主。当时,蜿蜒的菟丝子在空中扭曲,然后卷绕在倒霉的宿主上,提取其营养物质。

在概念上,这些植物与我们没有什么区别。它们闻到或听到一些东西,然后采取相应行动,就像我们一样。

但是,当然,有一个重要的区别。 "我们不知道植物和动物的气味感知机制的相似程度,因为我们不太了解植物的这些机制,"德莫赖斯说。

我们有鼻子和耳朵,但植物有什么?

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Image caption 一种较大的菟丝子(欧洲菟丝子)(Cuscuta europaea)缠绕住了它的宿主苦苣菜(图片来源:Nigel Cattlin/Alamy)

缺乏明显的感觉输入中枢增加了我们理解植物感觉的难度。当然也并不总是这样,例如,目前关于植物"视觉"所使用的受光体已经有相当充分的研究,不过它仍然是一个值得进一步研究的领域。

阿佩尔和考克罗夫特希望跟踪研究植物对声音作出反应的那一部分或多个部分。

有可能的候选者是所有植物细胞中都存在的机械受体蛋白(mechanoreceptor proteins)。它们能够把声波在物体上扫过时产生的微小的形变转变成电信号或化学信号。

他们正在进行测试,看机械受体存在缺陷的植物是否仍然可以响应昆虫噪音。对植物而言,它们可能不需要像耳朵那样笨重的东西。

我们与植物共享的另一种能力是本体感觉:"第六感觉"使我们中的一些人能够盲打键盘,玩杂耍,并且大概知道我们身体的各个部位在空间中的位置。

因为这种感知能力并不与动物的器官存在内在关联,而是依赖于肌肉中的机械受体和大脑之间的反馈回路,所以可以直接与植物比较。虽然分子层面的细节有些不同,但是植物也有机械受体,可以检测其周围环境的变化,并相应地作出反应。

"总体想法是一样的,"2016年一份本体感觉研究评论的共同作者哈曼特说,"到目前为止,我们所知道的是,在植物中,更多的是与微管(细胞的结构组件)有关,它对拉伸和机械变形作出响应。

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Image caption 玩杂耍等技能的背后是本体感觉(图片来源:KAKIMAGE2/Alamy)

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