红豆杉 [植物的感觉]
时间：2019-02-26 05:35:22 来源：千叶帆 本文已影响人
植物并不像你所想的那么愚蠢。事实上,科学家现在正逐渐意识到植物是复杂的生物体――它们可以看到东西,有嗅觉、味觉、触觉,也许还有听觉。 爱丁堡大学细胞和分子生物学研究所的安东尼・特里瓦维斯教授说:“植物并不像人们想的那么蠢。实际上,它们的智力在某些方面还超过了人类。在发芽的过程中,即便是微小的种子也能感觉到20种不同的因素,比如一年中的时间和光照的位置等,种子利用这些因素来确定发芽的正确时间。”
受伤时会“说话”
日本科学家经过多年研究发现,植物受到伤害时会释放出特殊的化学物质,以向周围的同伴发出警告,促使其他植物采取防御措施。
科学家们还发现,植物在被害虫啃咬与被剪刀修剪时发出的警告信息却有所不同,而且收到警告信息的其他植物也会“见机行事”。
科学家在实验室中让叶螨啃咬利马豆的叶片,结果发现,被啃咬的利马豆会向空气中释放出特殊化学物质,激活邻近利马豆的某些基因,促使它们产生令叶螨厌恶的气味。如果用剪刀修剪利马豆叶片,那么受伤的利马豆会释放出挥发性物质,有利于给自身伤口消毒,促使伤口尽快愈合,但邻近利马豆对这些物质却无动于衷。
触觉
植物是适应自然环境的能手。最著名的食肉植物捕蝇草在进化过程中具备了触觉,所以当昆虫掠过它的“触须”时,它的“下巴”就会合上,不幸的昆虫就成了瓮中之鳖。达尔文是最早指出这种行为是模仿了动物的神经系统反应的学者之一。
按照达尔文的提示,伦敦大学学院的医学生理学家约翰・伯登・桑德森给捕蝇草绑上电极,他发现,当捕蝇草的触须被碰到时,便会产生类似动物神经冲动的电脉冲。然而两者的反应速度却大不相同,动物神经冲动的传播速度为每秒100米,而植物体内电脉冲的传播速度仅为每秒3厘米。
给人印象最深的“快速”反应的例子也许就是生长在婆罗洲雨林中的含羞草,这种草在当地被称为“痒痒草”。如果你碰了这种草的叶子,它就会在几秒钟之内缩作一团。
20世纪60年代美国一些大学的实验表明,导致含羞草这种行为的原因是钙迅速流进了它的细胞。有17个不同科的大约一千多种植物是有触觉的。它们的这种反应能力十有八九是从细菌――即所有植物的祖先那里继承来的。细菌可以通过产生微弱的电信号对刺激作出反应。
植物对触摸作出反应是因为它们认为正在遭受风的打击。在北卡罗来纳州韦克福雷斯特大学进行的研究中,生物学家莫迪凯・贾菲教授发现,每天只要对植物的茎进行几秒钟的抚摸和敲击就足以使植物枝干的密度加强。植物“觉得”它必须提高强度来防止风的破坏。在植物被触摸不到30分钟后,植物的基因便生成使其体内钙含量提高的蛋白质。钙的增加相应地又导致一种名为钙蛋白的物质的增多,该物质可以使植物更为坚固。
菜农们会从此项发现中受益,因为科学家认为,在将温室中的幼苗移种至露天之前,菜农应该对秧苗进行敲打。
日本人在移种甜菜之前,会去除掉甜菜中的水分并用扫帚拍打它们,以使其变得更加坚实。美国斯坦福大学的珍妮特・布拉姆和罗纳德・戴维斯也已经证明,向植物喷水可以使其少生长1/3之多,因为植物感到它们被不断触摸,就会把更多的能量用于强化茎干。
然而,能使茎干变得坚固的植物对一心增加产量的农民来说并没有什么用处。每天将玉米秆摇晃30秒来模仿风动,这样种出的玉米的产量比吹不到风的玉米低40%。所以农民最好在无风的温室中种植庄稼。
视觉
植物还有看的本事。它们也许没有眼睛,但是格拉斯哥大学的分子生物学家加雷思・詹金斯通过实验证明,植物有觉察光的蛋白质。植物组织内含有名为crytochrome和phytochrome的光敏色素蛋白质,它们可以“分辨”光的强弱。这种能力很可能使植物可以看到我们视力所看不到的波长,并具有较高的灵敏度。
植物能感觉光照射过来的方向,光的方向使植物知道早上什么时候该“醒来”,同样也能促使植物额外分泌栎精和堪非醇这两种无色色素,这两种色素能滤出强烈的阳光,并发挥“遮光剂”的作用来保护植物免受强烈的紫外线B的照射。
美国农业部的植物生理学家迈克尔・卡斯珀鲍尔花了三十多年的时间研究植物是如何感知光的。他的研究正在给植物的生长方式带来一场不知不觉的革命。
几十年来,农民在不透水的黑色塑料大棚里种植庄稼,目的是留住水分,为幼小植物的根部保暖和阻止杂草生长。
但是,卡斯珀鲍尔发现,在植物生长的过程中,光照的波长与强度同样重要。改变塑料薄膜的颜色竟然可以提高植物的质量和数量,甚至可以改善植物的风味和对虫害的抵抗力。
这是因为对颜色敏感的光敏色素蛋白质phytochrome可以识别某些波长的光的强度,特别是红光和“远红外”波长范围内。尽管“远红外”光对光合作用没有帮助,但是它却能使植物感觉到从其他植物叶片上反射来的光。于是植物就会认为自己受到了包围,处境危险,其他植物要“偷走”生死攸关的阳光。它开始争夺阳光,把原来用于根部生长的能量转用于增加高度和果实上面,从而改善了散布用于繁殖下一代种子的机会。
卡斯珀鲍尔和他的同事丹尼斯・戴科托在野外试验中使用了不同颜色的塑料薄膜。用红色薄膜覆盖的植物能“感觉”到“远红外”光的增加,并且比用黑色薄膜覆盖的植物长得快。改用红色薄膜使产量增加了20%至50%。
以前把研究重点放在番茄上的科学家现在也在研究块根植物,卡斯珀鲍尔推断,这些植物将从种植方法的变化中受益。在深入试验之后,他得出结论:使用橙色塑料大棚中种出的芜菁要比在黑色或透明塑料大棚中种出的体积大。
薄膜的颜色不仅影响芜菁的体积。在了解到卡斯珀鲍尔的研究之后,佐治亚农业实验站的罗伯特・威尔金森开始研究不同类型的彩色薄膜对含蜡质的光滑植物叶面的作用,这样的叶子含有酒精、脂肪和碳水化合物,有保护植株免受害虫和化学物质侵害的作用。威尔金森说:“让我们惊喜的是,反射光的微小差异会大大改变叶子表面蜡质的性质。”黑色薄膜降低蜡的含量,但却能促进其他抗害防虫细胞的生长。
看的能力对于植物相当重要,以至于有色薄膜甚至能够影响果实的风味。卡斯珀鲍尔与同事发现,利用有色薄膜种出的植物吃起来口味确实与众不同。肯塔基州立大学的乔治・安东尼厄斯对利用蓝色、白色和绿色薄膜种出的芜菁进行了一系列蒙上眼睛的品尝试验。25名试验者中除了一位外,其他人都说用蓝色薄膜种出的芜菁口味很“刺激”,用白色薄膜种出的芜菁味淡,而绿色薄膜则使芜菁口味“柔和”,“几乎有一种甜味”。
听觉・嗅觉
植物有触觉,也看得见。它们还能听见声音呢。莫迪凯・贾菲教授通过向矮豆植株不断播放70至80分贝――比普通的人声略高的“颤音”,使这种植物的生长速度加快了一倍。种子的发芽率也能通过同样的方法大大加快,其中萝卜种子的发芽率可以从平均20%增加到80%一90%。
植物还具有十分敏感的嗅觉。荷兰瓦赫宁恩农业大学的科学家马塞尔・迪克发现,当植物受到害虫攻击时,就能分泌出一种气味来提醒其他植物开始产生害虫讨厌的气味。迪克使用风筒将受攻击的植物发出的气味引向健康的植物。健康的植物在“闻到”或“听到”警告后便迅速开始释放特殊气味。迪克还发现,当利马豆受到红叶螨的攻击时,它便释放出一组化学物质,其中包括甲水杨酯,它可以吸引食肉螨赶来吃掉红叶螨。
植物从还是种子时就具有出色的嗅觉。即便是埋在土里的最微小的种子也能闻到烟雾里能促进其发芽的化合物。这可能是大自然用来保证生命在森林大火中得以延续的途径。在南非纳塔尔大学和柯尔丝滕博施国家植物园工作的英国科学家发现,如果把植物种子浸泡在水中,而水里又充满了烟雾中的化合物的话,那么有许多种子在完全黑暗的环境中也能发芽。
大树也有嗅觉。好几位科学家已经证实,如果一棵树被害虫侵害,邻近树所受的侵害就会轻一些。他们认为,第一棵树会“提醒”它的邻居通过释放害虫讨厌的气味来采取保护措施。
一些玉米、棉花和番茄植株具有不同的自卫办法。它们甚至可以发出独特的信号引来害虫的天敌。在佐治亚的实地试验中,科学家发现黄蜂可以接收遭受烟青虫攻击的植物发出的信号,黄蜂是很喜欢吃烟青虫的。黄蜂径直飞向这些植物,而不理会那些正被其他害虫啮食的植物。
番茄和其他浆果植物在邻近植物受到袭击时,都特别擅长发挥“闻”的本领。植株在感到它身处险境时,便把更多的能量用于促进果实生长,以保证果实能够存活下来。冬青上繁茂的浆果和路边灌木丛中的黑莓都是植物对污染和压力作出反应的结果。菜农知道植物会对刺激作出这样的反应已经有几十年了,而他们通过击打或践踏番茄植株来增加产量也是出了名的。
菜农还知道可以利用植物的各种感觉对付他们不欢迎的植物。专家建议的喷洒除草剂的最佳时间是夏末,要恰好赶在天气变冷之前。杂草会在日间吸收除草剂,而当植物感到气温下降时,它就会将农药以及为寒冬储备的养料一起吸到根部。这样,除草剂就会将草根杀死,而杂草就没有机会在来年重生了。
味觉
“品尝”营养物质的能力对于大部分植物都是至关重要的。赫特福德郡耕地研究学会的科学家已经发现,植物体内有一种特殊的基因,可以使它们的根部品尝土壤,并向营养物质和铵盐――植物需要这种物质来固氮――最丰富的地方移动。
品尝的能力也有助于防御。美国农业部的詹姆斯・图姆林森进行的研究表明,当甜菜夜蛾毛虫开始蚕食玉米、甜菜和棉花叶时,植物能“尝”出幼虫唾液中名叫Volicitin的物质。
接着植物便立即开始制造“香水”――即名为吲哚和萜烯的挥发性化合物,这些物质飘散在空气里并引来寡毛土蜂。寄生的寡毛土蜂在甜菜夜蛾毛虫体内产卵,当幼蜂孵化时,就会把甜菜夜蛾毛虫活活吃掉。
所以,当植物尝到甜菜夜蛾毛虫的唾液时,它已经遭到了攻击,但是它确信自己能狠狠地报复一下。
(王晓林荐自《探索发现》)
