书城科普读物大自然神秘现象
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第14章 神奇的植物(5)

斯塔佩(Stuppy)将开花植物的种子进化过程比做陆地动物的硬壳蛋的出现过程。生活在海洋中的动物,它们通常在水中排卵和射精,而后卵子与精子在水中结合,如今的鱼类便是如此繁衍的。硬壳蛋使动物可以在远离水域,在干燥的陆地上更为恶劣的环境中繁殖和成长。

同样,大约2.5亿年前,地球的环境更为寒冷、更为干燥,同早期的那些在温暖潮湿的沼泽地繁殖、结构更为简单的孢子亲缘植物相比,开花植物具有明显的优势。

种子植物也琢磨出多种更佳的传播方式。有些种子可以长出令人不可思议的细倒钩,以钓住来来往往的动物。还有相当一部分种子长出一种被称为油质体(elaiosome)的小东西,诱使蚂蚁将它们挪出几英尺的距离。其它种子要么表面粗糙,要么轻飘飘的,可以借助风或水向不同的地方飘去。

人类对种子的喜爱还导致了多种新的传播方式。数千年前,人们便开始收集和种植营养丰富的种子,如玉米、小麦、扁豆、燕麦等。

与此同时,斯塔佩等植物学家还为克佑区皇家植物园“千年种子银行”(MillenniumSeedBank)的种子收集传统带来新的变化。“千年种子银行”是储存在野外面临灭绝危险的植物品种的“国际仓库”。斯塔佩写道,尽管多样性已经丧失,但每种消失的植物将提供种子工作原理的更多线索:“它们的有性繁殖方法即便在今天看来也十分复杂,科学家并没有完全理解它们这种繁殖方式的原因。”

植物到底有没有智力

有些植物在生长过程中让人产生了它们好像很“聪明”的感觉,它们似乎能思考,能对自己的生长发育作出合理计划。难道植物真的有“思想”?

有些科学家认为,植物的复杂行为只不过是执行机械式的指令,更多的是来自遗传。还有些科学家认为,植物群能够审慎地考虑它们的生存环境,预测未来。

芥草是一种只能存活6周的普通植物,如果其根尖上的平衡石——一种用来与其它植物进行沟通的淀粉状“大脑”被切断后,它就无法存活。而且芥草这种颜色淡淡的寄生小植物似乎能感知周围朋友、敌人或食物的存在,并且能迅速作出怎样靠近它们的决定。

一种生活在美国西北部的植物盾叶鬼臼可以根据对气候特征的把握,计划未来两年的生长状况。

英国苏格兰爱丁堡大学植物生物化学家、著名植物智能学者安东尼·特莱瓦斯说:“人们对待智力的态度发生了实质性的转变。人们对智力的概念正在从狭隘的观点的束缚中解放出来,相信并不只有人类才拥有智力,其它生命体同样拥有这种不仅只属于人类的东西。”

即使没有苏格拉底哲学的逻辑性或莎士比亚式的思维表现形式,植物“大脑”的主题在植物学讨论会上也已经成为了争论的焦点。有人对此表示怀疑,植物当然不会谈恋爱、烤奶酥或是吟诵优美的诗句,那么仅仅通过植物对其环境所作出的简单反应就断定植物具有活跃的、有意识的推理能力吗?

但已逝的植物遗传学家、诺贝尔奖得主芭芭拉·麦克林托克称植物细胞“具有思想性”。达尔文就曾写过有关根尖“大脑”的文章。科学家们现在说,植物不仅能彼此间进行交流,通过编制气体蒸发密码与昆虫交流,还能通过“细胞计算方法”完成欧几里得几何学的计算。另外,植物似乎还能像易怒的老板一样,把芝麻大的小事牢牢地记在心里。

对越来越多的生物学家而言,知道了植物可以对其他物种提出挑战或向其施加影响这个事实,本身就足以证明植物具有基本的智力。位于盐湖城的犹他大学的生物学家莱斯利·斯泊斯认为:“如果智力指的是掌握和应用知识的能力,那么,植物绝对具有智力。”

尽管科学家对植物的研究日益深入,但植物发出的复杂指令如何被明确地表达和执行,至今仍不为人知。美国北卡罗来纳州植物生物学家黑克·温特·塞德罗夫说:“目前,我们对植物的工作原理还有许多有待于研究的地方,但智力在很大程度上是指自我意识,植物显然不具备这一点。”

智力是一种自我意识,植物是否具备这一点,还有待进一步研究。

植物精于算计之谜

对于很多人来说,“计算机”这个词使他们联想起放在桌上的个人电脑。然而根据一项新的研究,科学家会告诉你,“计算机”这个词还可以使他们联想到一种更为复杂的计算系统,它可能就放在你家的窗台上——一盆植物。

研究显示,植物可能是非常精于计算的物种,它们的计算能力也许并不亚于一台电脑。计算是植物生存的需要。为了与环境的变化协调一致,植物中的各个单元需要运动,而这种运动又必须在所有单元间统一和谐地进行,只有计算才能使它们做到这一点。事实上,在生物的世界中,类似的情形并不少见。科学家认为,庞大的蚂蚁社会、动物的神经系统和免疫系统,之所以协调得那么好,全是计算的结果。

科学家发表文章说,植物的计算是要解决它们叶面上气孔开合的问题,这些气孔是二氧化碳的通道,它们用气孔吸取二氧化碳以进行光合作用。但与此同时,气孔也容易使水分流失,导致植物脱水。为了在环境的变化中获取最佳平衡,植物需要不断地调整“呼吸”,也就是调节气孔的开合度,控制开合气孔的数量。

植物没有大脑,它们是如何实现这种平衡的呢?最初,生物学家们认为,那些气孔仅仅是单独行动,它们自己决定是张开还是合拢。然而在10年前,研究人员发现事情并非如此,这些气孔并不是单独行动,它们的开合运动往往在一个较大的范围内集体进行,而且配合协调得非常好。在最近的研究中,美国犹他州立大学的生物学家基思·莫特发现,那些统一行动的气孔可以在几分钟内迅速发生变化,使得叶面上气孔运动的状态呈现出复杂的流动性格局。莫特将这一发现告诉了他的朋友戴维·皮克。

皮克是一位物理学家,他觉得莫特描述的植物的气孔活动很符合“单元自主运动”模式。皮克解释说,单元自主运动由无数个独立的单元构成,每个单元可以呈现多种不同的状态,单元在运动中会根据一种规则改变其状态,而那些规则又是根据它们目前的状态和它们与相邻单元之间的关系而产生的。

科学家认为,植物可能在熟练地进行着单元自主运动。叶面上气孔的开合由气孔间产生的规则控制,它们不需要控制中心,但无数个单元之间的相互交感处理了大量的数据,并使气孔的行动达到协调和统一。假若事情果真如此,那么植物是在进行计算,因为要运行单元自主运动,植物必须在单元间进行某种形式的计算,科学家将这种计算称之为“分布式运算”。

皮克、莫特和他们的同事们使用一种荧光成像技术清楚地看到植物叶面上因气孔的开合运动而显示的图案,并且这些图案在不断地移动、变化。但是,这样的图案还是不能证明植物气孔的开合运动就是单元自主运动,为此,他们还必须继续探索。现在科学家正在建立一个计算机模型,这个模型可以模拟叶面气孔感知相邻气孔的水压和其他相关信息的方式,他们还希望计算机能模拟出气孔的运动以及它们吸收二氧化碳的过程。因为只有这样,植物叶面上的计算之谜才有可能被破解。

植物能辨别亲属

英国《自然》杂志报道,从陌生动物中分辨出自己的亲属,这个能力对很多种动物来说都非常重要,因为这有助于它们分享宝贵的资源,或者避免近亲交配,但现在科学家发现,植物也能很好的掌握这种技巧。

研究人员发现在分配空间时,植物显示出与它们的同类或其他种类竞争的态势。例如,植物为了生存的需要而争夺附近的水分和养料时,它们经常会投入更多的精力促进根部生长。现在,加拿大安大略省麦克马司特大学的苏珊·达德利和阿曼达·菲尔进行的研究显示,和不相干的植物生长在一起,比和与之同属的植物生长在一起时,植物之间的竞争更激烈。当周围的邻居与它们没有共同的遗传种属系时,它们会投入更多的精力,促进根部生长。植物对周围环境的了解比我们以前所认为的实际上要多很多。它们能通过周围可以利用的水分或养料状况的改变,或者通过土壤中的化学暗示,意识到附近植物的存在,从而调整自己的生长情况。达德利说:“植物拥有秘密的社会生活,植物生态学家对这种情况相当了解。”但是以前它们辨别亲属的能力没有得到证明。

为了获得这些研究的结果,达德利和菲尔种植了一批适于在海滩生长的植物——卡克勒植物,每棵卡克勒植物都与之来自相同的母系家族或者来自不同的母系家族的植物生长在一起。经过两个月的生长,那些生长在陌生植物附近的海滩植物,比那些与之同属的植物分享同一个容器的植物,拥有更加庞大的根系。这项研究的结果发表在网络版《生物书简》上。

植物如何分辨亲疏,现在仍然是一个未解之谜。达德利提出,每个植物家族特有的蛋白质或化学信号可能被分泌在周围的土壤中,并被其他植物的根系发现。以色列内盖夫本古里安大学的植物生物学家阿里尔·诺沃布兰凯表示,植物可能利用与动物免疫系统相似的体系感知周围的其他植物。在动物群体中,它们经常利用特殊的免疫蛋白完成亲缘识别,揭示个体的遗传组成。如果植物的根系也能分泌出这种特殊分子,如果每个植物的根系挨得足够紧密,那么它们可能会跟动物一样,利用相同的方法分辨彼此。

但诺沃布兰凯又表示,这种说法纯属猜测。他在自己的工作中也正在研究这一问题——植物是如何感知自己和其他物种之间的不同。他说:“在这方面,我无法想象植物拥有利用此类途径产生作用的机制,以前从没发现这种情况。”