十一、 捕蠅草
植物具有“視覺(jué)”和“嗅覺(jué)”，植物是否具備“觸覺(jué)”和“聽(tīng)覺(jué)”呢?
如果細(xì)致地觀察生活，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)藤本植物在接觸到支撐物（比如籬笆）之后會(huì)加速生長(zhǎng)以使自己攀附其上；當(dāng)有蒼蠅落在捕蠅草的葉子上時(shí)，它會(huì)突然合上葉瓣；當(dāng)含羞草受到觸碰時(shí)，也會(huì)閉合小葉片作“害羞”狀。
我們?cè)诮佑|物體時(shí)能引發(fā)各式各樣的感覺(jué)，比如壓覺(jué)、痛覺(jué)、溫覺(jué)，植物是否也有同樣的感受呢？我們或許聽(tīng)過(guò)這樣的新聞，聽(tīng)古典音樂(lè)能夠使農(nóng)作物增產(chǎn)，這是真的嗎？植物沒(méi)有眼睛也能看到光，沒(méi)有鼻子也能嗅到氣味，難道說(shuō)，植物沒(méi)有耳朵依然能夠聽(tīng)到聲音？讓我們今天一起揭曉這些問(wèn)題的答案。
你肯定聽(tīng)過(guò)食肉動(dòng)物和食草動(dòng)物，但是你聽(tīng)過(guò)食肉植物嗎？沒(méi)錯(cuò)，就是捕蠅草（如圖）。
1.捕蠅草的特征
捕蠅草不僅和所有綠色植物一樣可以進(jìn)行光合作用，也能從昆蟲身上獲取動(dòng)物蛋白來(lái)“加餐”。捕蠅草的兩個(gè)葉瓣都長(zhǎng)著長(zhǎng)長(zhǎng)的“睫毛”，就像梳子的齒一樣（如圖）。
在平日里，這兩個(gè)葉瓣呈一定角度地張開，而葉瓣內(nèi)部則分泌著引誘昆蟲的香甜蜜汁。若是哪只好奇的蒼蠅或甲蟲禁不住誘惑爬了上去，兩片葉瓣會(huì)在一毫秒之內(nèi)迅速合攏，比我們使用蒼蠅拍的速度可快多啦。一旦獵物被困在“睫毛”的牢籠之中，捕蠅草就會(huì)開始分泌消化液將其溶解吸收。
2.對(duì)捕蠅草觸發(fā)機(jī)制的研究
達(dá)爾文將捕蠅草看作是“世界上最神奇的植物之一”，他是最早將捕蠅草和其他肉食動(dòng)物進(jìn)行深入研究的科學(xué)家之一，曾在1875年完成了《食蟲植物》一書。
達(dá)爾文通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，捕蠅草葉瓣內(nèi)側(cè)的粉紅色表面上長(zhǎng)有幾根黑毛，這似乎是這個(gè)“捕蟲裝置”的觸發(fā)器。但是，滴落在黑毛的水珠并不會(huì)使葉瓣閉合，用吸管向內(nèi)吹氣也沒(méi)有任何作用，這種黑毛肯定具備特殊的敏感性。但具體如何觸發(fā)捕蟲器閉合，卻是一籌莫展。
同一時(shí)期，倫敦大學(xué)的教授約翰·伯頓·桑德遜終于發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘。他發(fā)現(xiàn)，只有一根黑毛被觸碰時(shí)，并不會(huì)使葉瓣閉合，必須有兩根毛在大約20秒的時(shí)間間隔之內(nèi)被觸碰才有作用，這個(gè)巧妙的設(shè)定保證了被捕到的昆蟲個(gè)頭大小適中便于食用。
原來(lái)，觸動(dòng)兩根黑毛可以引發(fā)一個(gè)動(dòng)作電位（動(dòng)作電位是指可興奮細(xì)胞受到刺激時(shí)，在靜息電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的可擴(kuò)布的電位變化過(guò)程，動(dòng)物肌肉收縮時(shí)也會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作電位），電流激發(fā)了葉瓣閉合的行為，幾秒鐘之后又會(huì)恢復(fù)到靜息電位（靜息電位指細(xì)胞未受刺激時(shí)，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的外正內(nèi)負(fù)的電位差，它是一切生物電產(chǎn)生和變化的基礎(chǔ)）。
但當(dāng)時(shí)只能猜測(cè)電信號(hào)是捕蟲器關(guān)閉的直接原因。一百多年后，美國(guó)亞拉巴馬州的學(xué)者亞歷山大·沃爾科夫?qū)Σ断壊莸娜~瓣進(jìn)行了電休克處理，這導(dǎo)致捕蟲器在沒(méi)有受到物理接觸的情況下直接關(guān)閉，從而證明了桑德遜的觀點(diǎn)?？磥?lái)，電刺激的確是捕蟲器關(guān)閉的引發(fā)信號(hào)。但電信號(hào)和葉瓣運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系是什么樣的呢？這就是接下來(lái)要了解的問(wèn)題。
十二、含羞草的電運(yùn)動(dòng)
含羞草在我國(guó)南方亞熱帶地區(qū)比較常見(jiàn)，它在受到外界觸動(dòng)時(shí)，葉柄下垂，小葉片合閉，這個(gè)動(dòng)作就像是害羞地低下了頭一樣，所以由此命名。植物與動(dòng)物不同，沒(méi)有神經(jīng)系統(tǒng)，沒(méi)有肌肉，含羞草是如何對(duì)觸碰作出下垂運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的呢？
印度的物理學(xué)家、植物生理學(xué)家賈加迪什·錢德拉·玻色爵士首先提出，外界碰觸引發(fā)了含羞草葉片的活動(dòng)電位，活動(dòng)電位沿著葉子輻射開，導(dǎo)致了葉片的閉合。
經(jīng)過(guò)數(shù)代人的研究，如今我們可以知道，含羞草葉片中有一個(gè)稱為“葉枕”的特殊結(jié)構(gòu)，由一群簇集的細(xì)胞構(gòu)成，位于每一根小葉片的基部，就是葉枕控制了含羞草葉片的開合，即當(dāng)電信號(hào)作用在葉枕時(shí)，就會(huì)引發(fā)含羞草葉子的下垂運(yùn)動(dòng)。
要了解葉枕如何能在沒(méi)有肌肉的情況下，使葉子發(fā)生運(yùn)動(dòng)，我們就需要回顧一下高中生物的知識(shí)。
植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的不同之處在于，動(dòng)物細(xì)胞只具有原生質(zhì)體，原生質(zhì)體的液體內(nèi)容物中，含有細(xì)胞核、線粒體、蛋白質(zhì)和DNA等；而植物細(xì)胞的原生質(zhì)體外圍還有一層細(xì)胞壁，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)疏松，具有全透性，主要起支撐作用。
一般情況下，原生質(zhì)體含有充足的水分使細(xì)胞膜撐滿，對(duì)細(xì)胞壁有適度的壓力，使植物細(xì)胞緊實(shí)堅(jiān)挺，承受重量；當(dāng)細(xì)胞失水時(shí)，細(xì)胞壁不再受到原生質(zhì)體的壓力，植物便萎靡下垂。電信號(hào)到達(dá)葉枕時(shí)，這個(gè)部位的細(xì)胞中的鈣離子能夠調(diào)控鉀離子通道的開放，使鉀離子進(jìn)入或流出細(xì)胞，而水總是流向鉀離子濃度較高的一方以起到稀釋作用。所以這個(gè)通道就像是一個(gè)水泵，決定泵入還是泵出水分，影響到葉枕細(xì)胞的吸水和失水，進(jìn)而控制了葉片的張開和閉合。
當(dāng)含羞草的葉片張開時(shí)，葉枕細(xì)胞內(nèi)的鉀離子濃度較高，細(xì)胞吸水膨脹支撐起葉片；當(dāng)含羞草被觸碰時(shí)，葉枕細(xì)胞接收到電信號(hào)后鈣離子迅速調(diào)控通道，使鉀離子流出細(xì)胞，水分也隨之流出，細(xì)胞失水后葉枕的支撐力量減弱，葉片便閉合了。如此看來(lái)，含羞草受觸碰關(guān)閉葉片的過(guò)程，也是一個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號(hào)再作出物理運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。
十三、起負(fù)面作用的觸碰
記得小時(shí)候家中的院子里種了幾株瓜果，每當(dāng)結(jié)出可愛(ài)的果實(shí)時(shí)，父母總會(huì)先叮囑“千萬(wàn)別碰，碰了它就不長(zhǎng)啦”。這事令我一直不明就里，觸碰會(huì)使植物停止生長(zhǎng)，這是真的嗎？又是為什么呢？
20世紀(jì)60年代早期，美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)的弗蘭克·薩利斯伯里在研究蒼耳的生長(zhǎng)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。為了研究誘發(fā)蒼耳開花的化學(xué)物質(zhì)是什么，他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃每天測(cè)量蒼耳葉子的增加量，以觀察其生長(zhǎng)情況。但是他們發(fā)現(xiàn)，凡是被測(cè)量過(guò)的葉子總是長(zhǎng)不過(guò)沒(méi)被觸碰過(guò)的葉子，甚至有些被測(cè)量的葉子還變黃枯死了。難道說(shuō)，觸碰真的可以帶來(lái)負(fù)面作用，甚至殺死植物？
1.接觸形態(tài)建成的提出
20世紀(jì)70年代初，植物生理學(xué)家馬克·賈菲提出了“接觸形態(tài)建成”這個(gè)概念，用以表示由于觸碰導(dǎo)致的植物生長(zhǎng)遲滯這一普遍存在的現(xiàn)象。其實(shí)被觸碰導(dǎo)致生長(zhǎng)停滯，并不是植物生命力脆弱的表現(xiàn)，而是植物用以保護(hù)自己、適應(yīng)環(huán)境的特殊能力。
試想，生長(zhǎng)在容易受到狂風(fēng)暴雨侵襲的山脊之中，植物多是生長(zhǎng)得低矮而粗壯，這就是因?yàn)樽匀唤绲娘L(fēng)、雨、雪強(qiáng)勁的觸碰，令植物受到環(huán)境脅迫，不得不限制枝條發(fā)育以保全自身。
相反，同類的植物在遮風(fēng)避雨的山谷中，卻可以長(zhǎng)得又高又細(xì)，枝繁葉茂。“接觸形態(tài)建成”導(dǎo)致的遲滯生長(zhǎng)，其實(shí)就是一種演化適應(yīng)而來(lái)的能力，增加了植物在復(fù)雜環(huán)境的干擾之中存活下來(lái)的概率。
2.接觸形態(tài)建成的原理
還記得我們?cè)趯W(xué)習(xí)“失明”光受體時(shí)提到的擬南芥嗎？萊斯大學(xué)的珍妮特·布拉姆就用擬南芥作為實(shí)驗(yàn)材料解釋了植物“接觸形態(tài)建成”的原理。
為了了解布拉姆的發(fā)現(xiàn)，首先需要對(duì)基因工作的一般原理有大致的了解。擬南芥的每個(gè)細(xì)胞中的DNA約含有兩萬(wàn)五千個(gè)基因片段，每個(gè)基因編碼經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄都可以合成其對(duì)應(yīng)的特定蛋白質(zhì)。雖然所有細(xì)胞中的基因片段是相同的，但不同的細(xì)胞卻含有不同的蛋白質(zhì)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)基因只在特殊的某一類細(xì)胞中才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)錄，即基因的轉(zhuǎn)錄必須被特定的條件所激活。
那么，有沒(méi)有一種基因是被物理觸碰所激活的呢？
布拉姆在一次偶然的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了這種基因，無(wú)論是向葉片噴灑什么溶液或是純水，甚至只是簡(jiǎn)單觸碰葉片，都會(huì)導(dǎo)致這種基因被激活，于是她給這種基因起名叫做“TCH基因”（取英文單詞“觸摸touch”的字母縮寫）。
布拉姆認(rèn)為TCH基因所編碼的蛋白質(zhì)與細(xì)胞中的鈣信號(hào)有密切關(guān)系。我們?cè)谏弦还?jié)中也提到過(guò)鈣離子，它既能夠調(diào)控細(xì)胞電量，又能幫助傳遞信號(hào)。布拉姆研究發(fā)現(xiàn)，鈣調(diào)蛋白（即由鈣調(diào)節(jié)的蛋白）是由TCH基因所編碼的（即根據(jù)TCH基因來(lái)制造鈣調(diào)蛋白），觸碰擬南芥會(huì)使它合成更多的鈣調(diào)蛋白。換句話說(shuō)，當(dāng)你觸碰一株植物時(shí)，它做的第一件事就是制造更多的鈣調(diào)蛋白。鈣調(diào)蛋白在我們身體中參與介導(dǎo)的生命活動(dòng)進(jìn)程有炎癥反應(yīng)、代謝、細(xì)胞凋亡、肌肉收縮、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)、短期和長(zhǎng)期記憶、神經(jīng)生長(zhǎng)以及免疫反應(yīng)等，對(duì)于植物的作用也極其相似，那就是令植物生長(zhǎng)遲滯，導(dǎo)致了“觸摸形態(tài)建成”效應(yīng)。
布拉姆及其后的研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擬南芥的葉子被昆蟲、動(dòng)物甚至是風(fēng)和雨物理接觸之后，會(huì)有超過(guò)2%的基因被激活，可見(jiàn)，植物的觸覺(jué)是多么敏感！
十四、搖滾植物學(xué)
近年來(lái)，對(duì)植物“視覺(jué)”、“嗅覺(jué)”和“觸覺(jué)”的研究十分熱門，每年發(fā)表的科學(xué)論文就有數(shù)百篇之多。但是，最近二十年間發(fā)表的研究植物“聽(tīng)覺(jué)”的論文卻屈指可數(shù)，為什么科學(xué)家們不關(guān)注植物對(duì)聲音的反應(yīng)呢？
其實(shí)并不是大家不關(guān)注，早在一個(gè)多世紀(jì)以前，達(dá)爾文就研究過(guò)大管演奏的音樂(lè)是否能對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生效應(yīng)，然而他的嘗試卻失敗了。不止是達(dá)爾文，絕大多數(shù)的研究者并沒(méi)有得出證明植物存在“聽(tīng)覺(jué)”的有效證據(jù)，就算是已經(jīng)發(fā)表的論文，其實(shí)驗(yàn)方法和控制標(biāo)準(zhǔn)都未必能得到學(xué)界的認(rèn)可。
雷塔拉克的研究
多羅西·雷塔拉克是一位狂熱的植物聽(tīng)覺(jué)研究者，她原本是一名專業(yè)的女中音演員。當(dāng)她的孩子們都已經(jīng)大學(xué)畢業(yè)之后，為了追求自己的興趣，她毅然進(jìn)入坦普爾·布爾學(xué)院成為一名大學(xué)新生，學(xué)習(xí)科學(xué)研究。同時(shí)，雷塔拉克是一位社會(huì)保守派和一名唯靈論者，由信仰出發(fā)，她開啟了20世紀(jì)60年代對(duì)植物的一系列研究。
雷塔拉克研究的基本假設(shè)是：搖滾樂(lè)是反社會(huì)的，對(duì)植物具有潛在危害性；受祈禱的植物會(huì)茁壯成長(zhǎng)，而被仇恨的植物則會(huì)凋零死去。于是，她把多種植物暴露在不同流派的音樂(lè)中，并監(jiān)測(cè)其生長(zhǎng)，研究結(jié)果和她預(yù)料的一樣，暴露在柔和的古典音樂(lè)中的植物生長(zhǎng)繁茂，而暴露在搖滾樂(lè)中的植物的生長(zhǎng)卻受到了阻滯。植物竟然真的能聽(tīng)到聲音！
雷塔拉克研究的錯(cuò)誤之處
但實(shí)際上，雷塔拉克的研究充斥著許多科學(xué)上的錯(cuò)誤。
她每次實(shí)驗(yàn)只用了不到五株植物，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)太少，達(dá)不到進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的要求。
她的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)陋，植物生長(zhǎng)環(huán)境未能嚴(yán)格控制，甚至是靠手指觸摸來(lái)確定土壤濕度。
此外，她引用和參考的基本上都是音樂(lè)和神學(xué)方面專家的觀點(diǎn)，幾乎沒(méi)有生物學(xué)家的觀點(diǎn)。
更重要的是，其他的研究者按照雷塔拉克的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)重新驗(yàn)證時(shí)，根本無(wú)法得出與她相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
可見(jiàn)，雷塔拉克陷入了認(rèn)知偏差的誤區(qū)。即人們總是會(huì)證實(shí)自己最初的設(shè)想，這在心理學(xué)上被稱為預(yù)言自動(dòng)實(shí)現(xiàn)效應(yīng)，也稱為羅森塔爾效應(yīng)。雷塔拉克從保守主義者的角度出發(fā)，反對(duì)搖滾樂(lè)，便傾向于證實(shí)搖滾樂(lè)阻礙植物生長(zhǎng)的假設(shè)，這導(dǎo)致她得出了違背科學(xué)的研究結(jié)論。
因此雷塔拉克的研究并沒(méi)有得到科學(xué)界的認(rèn)可。另外一項(xiàng)發(fā)表在專業(yè)期刊上的研究結(jié)果與雷塔拉克的研究背道而馳，研究者采用了嚴(yán)格的科學(xué)對(duì)照法，得出了“音樂(lè)不能影響萬(wàn)壽菊生長(zhǎng)”的結(jié)論。但即使如此，雷塔拉克的研究在大眾媒體上依然廣受關(guān)注。
現(xiàn)階段，還沒(méi)有能夠支持植物能夠?qū)β曇糇龀龇磻?yīng)的數(shù)據(jù)，反而能夠找到戳穿這一觀點(diǎn)的諸多證據(jù)。在斯科特的試驗(yàn)中，他用小風(fēng)扇把來(lái)自揚(yáng)聲器的熱空氣吹離種子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，安靜環(huán)境中的種子和暴露在音樂(lè)中的種子的萌發(fā)率并沒(méi)有差別。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，是揚(yáng)聲器發(fā)出的熱量而不是音樂(lè)影響了種子的萌發(fā)率。
至于搖滾樂(lè)的阻礙，則可能是因?yàn)橹参锸艿竭@些強(qiáng)有力聲波的沖擊，仿佛在大風(fēng)中搖擺震動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是“觸覺(jué)”的影響而并非“聽(tīng)覺(jué)”的效用。由此看來(lái)，植物到底是不是“聾子”，還得用更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▉?lái)加以驗(yàn)證。
十五、聾子基因
植物基因組全序列測(cè)序工作的完成
基因測(cè)序是一項(xiàng)偉大的工程，這種技術(shù)可以將特定DNA片段上的堿基序列全部測(cè)定出來(lái)，即分析腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G）這四種堿基的排列方式。
人類基因組計(jì)劃是一項(xiàng)揭開組成人體2.5萬(wàn)個(gè)基因的30億個(gè)堿基對(duì)的秘密以此來(lái)繪制人類基因圖譜的科學(xué)探索工程。
截止2005年，已經(jīng)完成了人類基因組計(jì)劃的測(cè)序工作。而植物科學(xué)領(lǐng)域的第一次基因組全序列測(cè)序工作，領(lǐng)先五年完成。作為植物中的代表接受測(cè)序的，是我們之前提到過(guò)的擬南芥。
擬南芥的基因組比較小，幾乎不含非編碼DNA的成分，確定其基因組序列相對(duì)容易；更重要的是，幾乎所有擬南芥的基因都能在我們所關(guān)注的具有農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物中找到。這就意味著對(duì)擬南芥基因的深入探索，能幫助我們將研究發(fā)現(xiàn)推廣到其他作物中。
基因突變
通過(guò)基因測(cè)序，人們發(fā)現(xiàn)擬南芥基因組含有許多與人類疾病相關(guān)的基因。在我們的身體中，某些基因發(fā)生突變不能發(fā)揮正常功能，會(huì)使個(gè)體產(chǎn)生特定疾病，所以基因常常以和它們相關(guān)的疾病來(lái)命名，但這并不意味著基因本身引發(fā)了這些機(jī)能缺陷。比如BRCA基因，在正常情況下對(duì)細(xì)胞分裂具有重要意義，若是遭到破壞則會(huì)引發(fā)乳腺癌；再如CFTR基因，在正常狀態(tài)下可以調(diào)控氯離子跨細(xì)胞運(yùn)輸，若是發(fā)生突變則會(huì)導(dǎo)致囊腫性纖維化。
但要知道，許多基因是植物和動(dòng)物共同擁有的，擬南芥基因組就含有BRCA、CFTR以及幾百個(gè)其他與人類疾病有關(guān)的基因。當(dāng)然，植物體內(nèi)的這些“人類疾病基因”若是發(fā)生了突變或遭到了損傷，也會(huì)破壞植物的生理功能。比如，擬南芥的乳腺癌基因（即BRCA基因）突變，會(huì)使擬南芥的干細(xì)胞比正常細(xì)胞分裂更多次，使植株對(duì)輻射高度敏感。
聾子基因
相似地，“聾子基因”的損傷會(huì)使人類失聰。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的人體內(nèi)的“聾子基因”有五十多種，其中十幾種也存在于擬南芥的基因組中?？墒沁@并不意味著擬南芥具有聽(tīng)覺(jué)，就如同含有乳腺癌基因證明不了擬南芥存在乳房和乳腺。
在一種典型的“聾子基因”中，存在四個(gè)編碼相似的蛋白質(zhì)，稱為肌球蛋白。肌球蛋白的主要作用是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的各種蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng)，就像是一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。它之所以與人的聽(tīng)力有關(guān)，是因?yàn)樗軌虼偈箖?nèi)耳毛細(xì)胞的形成，一旦發(fā)生基因突變，毛細(xì)胞的形態(tài)就會(huì)出現(xiàn)異常，我們就無(wú)法對(duì)聲波做出反應(yīng)從而聽(tīng)到聲音。
在植物體內(nèi)，肌球蛋白雖然不會(huì)幫助它們具備聽(tīng)力，但在細(xì)胞層面上，與在動(dòng)物體內(nèi)的功能類似。植物的根部有一些毛狀的附屬物，被稱為“根毛”，這些結(jié)構(gòu)可以幫助根從土壤中吸收水分和礦物質(zhì)。若是肌球蛋白發(fā)生了突變，根毛無(wú)法正常伸長(zhǎng)，植物汲取資源的效率也就被大大降低了。
十六、植物是聾子？
到目前為止，我們還是不能完全確定植物到底能否感受到聲音。佛羅倫薩大學(xué)植物神經(jīng)生物學(xué)專家斯泰法諾·曼庫(kù)索，用聲波提高了葡萄莊園的產(chǎn)量，但是并不能解釋清楚這一現(xiàn)象背后的生物學(xué)原理。
關(guān)于植物“聽(tīng)覺(jué)”的研究普遍存在著一個(gè)難題，即人們很難將與聲音無(wú)關(guān)的干擾變量（或稱混淆變量）完全地排除在外，以觀察到聲音對(duì)植物生長(zhǎng)的單純效應(yīng)。
有些學(xué)者嘗試研究蜜蜂傳粉的過(guò)程，他們?cè)O(shè)想，植物會(huì)在“聽(tīng)到”蜜蜂振翅的嗡嗡聲之后作出反應(yīng)，更快更多地分泌和釋放花粉。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)很難將拍動(dòng)翅膀本身的物理振動(dòng)隔絕開來(lái)，這導(dǎo)致我們無(wú)法獲得證明植物有“聽(tīng)覺(jué)”強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
當(dāng)然，在科學(xué)研究中的一個(gè)共識(shí)是，缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)并不意味著得出否定的結(jié)論?；蛟S在不久的將來(lái)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)植物存在著與動(dòng)物大不相同的一套聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)。
不過(guò)本書作者仍然堅(jiān)信，植物是無(wú)法感知到聲音的。他認(rèn)為，對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)，聽(tīng)覺(jué)是提醒我們注意環(huán)境中潛在危險(xiǎn)的一種方式，我們可以通過(guò)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)快速獲得和交換信息并迅速地作出反應(yīng)。
這類反應(yīng)往往是身體的運(yùn)動(dòng)。而植物是固著的，除了捕蠅草等特例之外，植物的動(dòng)作是相當(dāng)緩慢的，即使聽(tīng)到了周遭的聲音威脅也無(wú)法快速撤退，所以聽(tīng)覺(jué)對(duì)于植物來(lái)說(shuō)似乎意義不大。
不過(guò)，植物畢竟在地球上繁衍生息了幾億年，就算他們是聾子，也不足以阻礙它們?cè)诘厍蛑猩嫦氯?。他們依然能夠敏銳的意識(shí)到自己生在何處，這也是我們明天要了解的內(nèi)容。
思考與討論：
今天我們一起探究了植物是否具有“觸覺(jué)”和“聽(tīng)覺(jué)”，可以看出，科學(xué)研究邁出的每一步都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密推論和小心求證。你能否也設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)，嘗試重復(fù)一遍植物“接觸形態(tài)建成”的研究？或是尋找一株含羞草，觀察它的“葉枕”結(jié)構(gòu)，感受一下它“含羞”著閉合葉片的過(guò)程？
另外，雖然對(duì)于植物是否具有“聽(tīng)覺(jué)”，我們?nèi)匀粵](méi)有明確的答案，但你可以大膽地作出猜想和研究設(shè)計(jì)，說(shuō)不定你就是這個(gè)謎團(tuán)答案的揭曉者！
十七、植物也能分辨上下
把一枚種子埋入土壤后，只要給予適當(dāng)?shù)臏囟群退?，不出幾天它就?huì)冒出嫩芽?？墒悄阌袥](méi)有想過(guò)，它在土壤中見(jiàn)不到光，怎么能知道哪里是上方、哪里是下方？
我們也會(huì)見(jiàn)到這種現(xiàn)象，若是一株植物受到外力倒伏在地上，繼續(xù)生長(zhǎng)一段時(shí)間，它就能慢慢重新調(diào)整方向，根向下扎，苗朝上長(zhǎng)，又回到直立生長(zhǎng)的狀態(tài)。
由此我們猜想，植物具備辨別自己所處空間位置的能力。人也具有對(duì)空間位置的感知能力，我們稱之為“本體覺(jué)”。本體覺(jué)是一種“若非失去、不能留意”的感覺(jué)，并沒(méi)有明確具體的感知器官。動(dòng)物用以分辨平衡、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的信息是來(lái)自于內(nèi)耳中的半規(guī)管和前庭，以及遍布全身的本體覺(jué)神經(jīng)。那么植物的“本體覺(jué)”背后的機(jī)制是什么呢？我們今天將一起探究植物的“第六感”。
植物能重新定義方向.
導(dǎo)讀中描述了這樣一種常見(jiàn)的現(xiàn)象：若是我們將一株幼苗上下倒置，隔一段時(shí)間就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它的根和莖會(huì)重新定向，分別表現(xiàn)出正向地性（受到重力向下拉）和負(fù)向地性（對(duì)抗這一拉力的相反方向）。迪阿梅爾在其報(bào)告中明確指出了這一現(xiàn)象，科學(xué)家也因此得出結(jié)論：重力影響植物的生長(zhǎng)方式。
重力影響植物的生長(zhǎng)方式
但對(duì)于這一結(jié)論并沒(méi)有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)論證，直到19世紀(jì)，一位叫做奈特的英國(guó)鄉(xiāng)紳通過(guò)精妙的實(shí)驗(yàn)證明了這一觀點(diǎn)。奈特在一個(gè)水車的不同位置安置了幾塊木板，并將若干蠶豆幼苗緊緊地綁在木板上，使幼苗的根尖朝著不同的方向——有的朝水車轉(zhuǎn)動(dòng)的圓心，有的背對(duì)圓心，也有與圓心呈不同的角度。奈特用溪水驅(qū)動(dòng)水車，使之以每分鐘150轉(zhuǎn)的速度飛快旋轉(zhuǎn)，這樣便抵消了重力對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。
如此轉(zhuǎn)動(dòng)幾天之后，對(duì)植物進(jìn)行了觀察，奈特發(fā)現(xiàn)所有蠶豆幼苗都在朝著水車的圓心生長(zhǎng)，即莖尖朝著圓心生長(zhǎng)，根背離圓心生長(zhǎng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了植物生長(zhǎng)不僅能受到地球重力的影響，還能受到其他力的影響，比如根總是向著離心力的方向生長(zhǎng)。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不能解釋植物感知重力的機(jī)制。
最終揭開秘密的依然是達(dá)爾文父子，他們從植物向光性的“光感受器”存在于莖尖推論，推測(cè)植物的“重力感受器”存在于根尖上。于是他們把一些植株的根尖切掉一部分，側(cè)放在土壤上，發(fā)現(xiàn)它們果然不再具有重新定向的能力。即使是只被切掉了0.5毫米的根尖，植物的根也依然對(duì)向地生長(zhǎng)無(wú)能為力。
不過(guò)只要數(shù)日之后根尖重新長(zhǎng)出，它的向地性就會(huì)再次恢復(fù)。一個(gè)多世紀(jì)之后，現(xiàn)代分子遺傳學(xué)的證據(jù)確認(rèn)，位于根冠（根最末端）的細(xì)胞的確是植物的重力感受器。
既然根尖是植物根正向地性的關(guān)鍵，那么莖尖會(huì)不會(huì)是植物莖負(fù)向地性的感受部位呢？很遺憾，這次的類推結(jié)果是錯(cuò)誤的，就算切掉植株的莖尖，倒置的植株依然能夠使自己的莖重新定位向上生長(zhǎng)?？磥?lái)莖和根是用不同的方式來(lái)覺(jué)察重力。
植物學(xué)家們決定用誘導(dǎo)擬南芥基因突變的方法，來(lái)探究植物莖負(fù)向地性的奧秘。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一種被稱為“稻草人”的基因發(fā)生突變時(shí)，擬南芥的莖變不會(huì)向上生長(zhǎng)，但根的正向地性不會(huì)受到影響。“稻草人”基因決定了內(nèi)皮層的形成，內(nèi)皮層的缺失導(dǎo)致植物的莖無(wú)法正確地感知重力。
那么作為根尖和莖的內(nèi)皮層中“重力感受器”的細(xì)胞是如何運(yùn)作的呢？研究者們用顯微鏡觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞中含有一種叫做平衡石的致密的球狀結(jié)構(gòu)。由于平衡石比細(xì)胞中的其他成分都要重，所以無(wú)論植物被怎樣放置，平衡石總會(huì)落到最底部，從而引導(dǎo)植物的根和莖分別朝著不同的方向伸長(zhǎng)。
十八、運(yùn)動(dòng)激素
我們已經(jīng)知道，植物擁有各種各樣的“感覺(jué)”，它們用各種巧妙的方式來(lái)感知光線、氣味、物理觸碰甚至是上下方位。但無(wú)論植物受到何種刺激，它們的反應(yīng)總是相似的——朝著特定的方向生長(zhǎng)。這種感覺(jué)信號(hào)是如何讓植物朝特定方向生長(zhǎng)的呢？
丹麥植物生理學(xué)家彼得·博伊森·延森受到達(dá)爾文的植物向光性實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，開始了這一問(wèn)題的研究。他和達(dá)爾文一樣，切斷了燕麥植株幼苗的莖尖，在將莖尖放回到殘缺的莖樁上時(shí)，他想了一個(gè)妙招，分別用玻璃片和明膠薄片隔離切開的莖尖和莖樁。當(dāng)他用側(cè)面光照射幼苗時(shí)，發(fā)現(xiàn)用明膠片隔離的幼苗植株可以向光生長(zhǎng)，而用玻璃片隔離的植株則無(wú)視光照繼續(xù)直立生長(zhǎng)。
彼得猜測(cè)，這種產(chǎn)生于莖尖的促使植物彎曲生長(zhǎng)的物質(zhì)一定是溶于水的，所以才可能穿過(guò)明膠片傳遞給莖的中段，而無(wú)法穿透玻璃片。然而他并沒(méi)有確認(rèn)是哪一種物質(zhì)使得莖尖信息向下傳遞到莖中段，并使其彎曲。
20世紀(jì)30年代，植物學(xué)家們終于確認(rèn)了這種化學(xué)物質(zhì)，它是一種被命名為“生長(zhǎng)素”的植物激素。這種激素廣泛地存在于各種植物中，它的主要功能就是讓細(xì)胞增加長(zhǎng)度。當(dāng)陽(yáng)光從右側(cè)照射莖尖時(shí)，生長(zhǎng)素會(huì)聚集在較為陰暗的一側(cè)，即莖尖的左側(cè)，然后向下傳遞到莖的中斷，導(dǎo)致左側(cè)的細(xì)胞長(zhǎng)度增加得比右側(cè)多，所以植物就會(huì)向光（右側(cè)）彎曲。植物雖然受到的刺激、激活的“感覺(jué)”各不相同，但作出反應(yīng)時(shí)總是依賴于生長(zhǎng)素這一重要的“運(yùn)動(dòng)激素”。
十九、跳舞的植物
學(xué)習(xí)進(jìn)行到現(xiàn)在，你還覺(jué)得植物是靜止的嗎？或許如果我們花一段時(shí)間觀察它們，就會(huì)發(fā)現(xiàn)植物其實(shí)也會(huì)有節(jié)奏地、有規(guī)律地“跳舞”。如今延時(shí)攝影技術(shù)可以幫助我們觀察到許多植物的運(yùn)動(dòng)軌跡，但在19世紀(jì)，癡迷于植物研究的達(dá)爾文已經(jīng)開始用最原始的方法來(lái)記錄植物的“舞姿”了。
植物的運(yùn)動(dòng)軌跡描述
他把一塊玻璃板懸掛固定在植物的頭頂上，每隔幾分鐘就在玻璃上描出莖尖的位置，連續(xù)觀察并記錄一段時(shí)間，將這些位置標(biāo)記描點(diǎn)連線，得到了這株植物的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。他用這一方法記錄了300多種不同植物的精確運(yùn)動(dòng)。
達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)，似乎所有植物的運(yùn)動(dòng)軌跡都存在著共同的規(guī)律，那就是總在重復(fù)地螺旋狀搖頭，于是他將其命名為“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”。不過(guò)，不同的植株畫出的螺旋形態(tài)各不相同，有橢圓的，有交叉的，有半徑達(dá)到10厘米的蠶豆苗，也有半徑只有幾毫米的草莓苗，有轉(zhuǎn)動(dòng)速度相對(duì)固定的郁金香（大約四個(gè)小時(shí)轉(zhuǎn)一圈），也有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間不固定的擬南芥（15分鐘到24小時(shí)不等）……而且，如果用火焰去灼燒向日葵的葉子，它就會(huì)加速旋轉(zhuǎn)，過(guò)段時(shí)間之后又恢復(fù)到了最初的速度。
關(guān)于“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”的兩種假說(shuō)及驗(yàn)證
1．達(dá)爾文的假說(shuō)：達(dá)爾文提出了一個(gè)大膽地假說(shuō)，他認(rèn)為“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”是所有植物運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力（所有植物的內(nèi)秉行為），即向光性和向地性都是“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”的一種變形，是朝著特殊方向的運(yùn)動(dòng)。
2．對(duì)立的假說(shuō)：隆德技術(shù)研究所的兩位學(xué)者——多納尓德·伊斯雷爾森和安德?tīng)査埂ぜs翰森則提出了對(duì)立的假說(shuō)，他們認(rèn)為植物的“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”并不是向地性的原因，而是結(jié)果（重力驅(qū)動(dòng)植物運(yùn)動(dòng)）。由于植物生長(zhǎng)時(shí)莖的微小變化導(dǎo)致了平衡石的位移，而植物在根據(jù)平衡石的提示繼續(xù)生長(zhǎng)時(shí)又常常矯枉過(guò)正，于是才產(chǎn)生了循環(huán)往復(fù)的“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”。
兩種假說(shuō)的驗(yàn)證
后繼的研究者們圍繞這兩種假說(shuō)進(jìn)行了驗(yàn)證性的研究。1983年，阿蘭·布朗在哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)上進(jìn)行了他的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)向日葵幼苗在幾乎無(wú)重力的條件下仍然能夠展現(xiàn)出回旋擺動(dòng)的形態(tài)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果是對(duì)達(dá)爾文理論有力的支持。
而日本航天局的高橋忠幸則發(fā)現(xiàn)，“稻草人”基因發(fā)生突變、不能對(duì)重力做出反應(yīng)的牽牛花無(wú)法進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，平衡石較小或者有缺陷的擬南芥突變體也無(wú)法進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，這一發(fā)現(xiàn)則支持了螺旋運(yùn)動(dòng)和向地性相關(guān)的假說(shuō)。高橋還推斷，哥倫比亞號(hào)航天飛船上的實(shí)驗(yàn)材料是已經(jīng)在地球上萌發(fā)的向日葵種子，所以它們?cè)谶M(jìn)入太空之前就已經(jīng)受到了重力的影響，才表現(xiàn)出回旋運(yùn)動(dòng)。
2007年，安德?tīng)査埂ぜs翰森在國(guó)際空間站上進(jìn)行了一項(xiàng)為期數(shù)月的實(shí)驗(yàn)，他們的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是密封在專門容器內(nèi)、在空間站上萌發(fā)的擬南芥植株。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在空間站的失重條件下，擬南芥植株仍然有幅度很小的螺旋狀運(yùn)動(dòng)，證實(shí)了達(dá)爾文的預(yù)測(cè)。但同時(shí)，若是將這些失重的植物放在離心機(jī)中旋轉(zhuǎn)（模仿奈特的水車實(shí)驗(yàn)），用離心力來(lái)模擬重力，則會(huì)發(fā)現(xiàn)感知過(guò)重力的植株會(huì)開始更大幅度的回旋運(yùn)動(dòng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)“的確是植物與生俱來(lái)的內(nèi)秉行為，而重力則會(huì)放大和修飾這種內(nèi)在運(yùn)動(dòng)。
二十、有平衡感的植物
灑在植物莖尖的陽(yáng)光使得它向光彎曲，枝條中垂下的平衡石又提醒它筆直生長(zhǎng)，重力讓藤蔓迅速地纏繞住籬笆，番茄的味道又引誘菟絲子探過(guò)去身體，植物會(huì)同時(shí)收到多種指令，它們?cè)撀?tīng)誰(shuí)的呢？
學(xué)過(guò)牛頓物理學(xué)的朋友們都會(huì)知道，力是可以疊加的。植物雖然會(huì)同時(shí)被朝著好幾個(gè)方向拉扯，但是它最終的受力情況則是疊加在其身上的幾個(gè)力的矢量和。植物就是以這種方式來(lái)保持身體的平衡，知道所處的位置，對(duì)力量作出反應(yīng)的。
雖然，人類和植物都是依靠感受器提供的信息位置得以保持平衡，但人類能在這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程結(jié)束之后，記住并重復(fù)這一動(dòng)作，而植物是否能記住之前做過(guò)的運(yùn)動(dòng)呢？這是我們明天需要探索的內(nèi)容。
思考與討論：
今天我們介紹了植物對(duì)空間位置和力量的感知，以及植物發(fā)生“運(yùn)動(dòng)”的內(nèi)在機(jī)制。嘗試著從網(wǎng)上找找關(guān)于植物的延時(shí)攝影作品，體會(huì)一下植物的“回旋轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)”吧。
你可能還會(huì)發(fā)現(xiàn)，達(dá)爾文多次出現(xiàn)在本書的各個(gè)章節(jié)中，作為進(jìn)化論的奠基人，達(dá)爾文對(duì)動(dòng)物、植物、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域都進(jìn)行了深入的研究，作出了卓越的貢獻(xiàn)，不妨去了解達(dá)爾文的生平和故事，了解偉人是如何誕生的。
二十一、捕蠅草的短時(shí)記憶
煙草記得它看到的最后一道光（紅光或遠(yuǎn)紅光調(diào)控開花），即植物對(duì)先前發(fā)生的事件能夠做出和自己發(fā)育有關(guān)的延遲反應(yīng)，那么植物是否存在記憶呢。
心理學(xué)家恩德?tīng)枴ね袪栁奶岢?，人類的記憶包含程序記憶（比如記得騎自行車的身體動(dòng)作）、語(yǔ)義記憶（主要是對(duì)概念的記憶）和情景記憶（對(duì)經(jīng)歷的事件的記憶）三個(gè)層次。
顯然植物不具備語(yǔ)義記憶和情景記憶，那么植物是否具備程序記憶呢？提出“接觸形態(tài)建成”概念的馬克·賈菲，曾經(jīng)研究了豌豆卷須對(duì)感覺(jué)信息的保持，他在黑暗中觸碰被切下來(lái)的卷須，等兩個(gè)小時(shí)后再把它放在陽(yáng)光下，卷須也會(huì)自發(fā)地翻卷起來(lái)，這是不是意味著豌豆記住了賈菲的觸碰呢？
心理學(xué)界認(rèn)為，所有形式的記憶包括記憶形成（編碼信息）、保持（儲(chǔ)存信息）和提取（重新獲得信息）三個(gè)階段，今天我們就依照這些過(guò)程來(lái)尋找植物記憶存在的證據(jù)。
記憶根據(jù)保持時(shí)間的長(zhǎng)短可以分為感官記憶、短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶。其中短時(shí)記憶是我們的工作記憶，是信息呈現(xiàn)之后保持在一分鐘之內(nèi)的記憶。人們短時(shí)記憶某事物，是為了對(duì)該事物進(jìn)行某種操作，操作過(guò)后便會(huì)遺忘。
捕蠅草的短時(shí)記憶
還記得我們?cè)诘谌轮刑岬降牟断壊輪?？它合攏一次捕蟲器要消耗大量能量，并且要等好幾個(gè)小時(shí)才能再次緩慢張開，所以捕蠅草必須保證自己能夠捕捉到一個(gè)個(gè)頭足夠大的值得對(duì)付的昆蟲。
前面我們講過(guò)，若是一個(gè)足夠大的蟲子能在20秒的時(shí)間內(nèi)觸碰到葉瓣上的兩根黑毛，捕蠅草便會(huì)閉合葉片。這個(gè)過(guò)程與短時(shí)記憶的過(guò)程相似極了：當(dāng)蟲子觸碰到捕蠅草的第一根毛時(shí)就對(duì)信息進(jìn)行了編碼（記憶形成階段），然后它將這一信息儲(chǔ)存了將近20秒（記憶保持階段），一旦蟲子觸碰到了第二根毛，信息又被重新獲得（記憶提取階段），從而觸發(fā)了機(jī)關(guān)。
若是一只個(gè)頭比較小的螞蟻用了超過(guò)20秒的時(shí)間才觸碰到第二根黑毛，捕蠅草就會(huì)遺忘掉之前儲(chǔ)存的第一根毛的信息，不會(huì)閉合葉瓣?？磥?lái)捕蠅草的“用餐過(guò)程”的確對(duì)應(yīng)了記憶的三個(gè)階段。捕蠅草并沒(méi)有腦結(jié)構(gòu)，那么它的短時(shí)記憶是如何達(dá)成的呢？
捕蠅草的短時(shí)記憶機(jī)制
德國(guó)學(xué)者狄特·伯頓·桑德遜和安德烈·西佛斯認(rèn)為捕蠅草的短時(shí)記憶是依靠葉片的電量?jī)?chǔ)存的。他們研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)觸碰捕蠅草的一根毛時(shí)會(huì)引起一個(gè)動(dòng)作電位，與人類神經(jīng)元信息傳遞相似，會(huì)導(dǎo)致鈣通道開啟，鈣離子濃度上升。
但是，一根毛被觸碰引發(fā)的鈣離子濃度并不會(huì)使葉瓣關(guān)閉。當(dāng)?shù)诙艿接|碰時(shí)，鈣離子濃度繼續(xù)升高到閾值之上，捕蟲器便迅速關(guān)閉了。不過(guò)，鈣離子濃度會(huì)隨著時(shí)間的流逝而下降，若是兩次刺激黑毛的時(shí)間間隔太久，鈣離子濃度也無(wú)法達(dá)到使葉瓣閉合的標(biāo)準(zhǔn)，就相當(dāng)于儲(chǔ)存之前信息的記憶被遺忘了。植物就是用這種巧妙的辦法替代了人腦的作用，令短時(shí)記憶的工作過(guò)程變成了一種簡(jiǎn)單可行的物理過(guò)程。
二十二、 對(duì)創(chuàng)傷的長(zhǎng)時(shí)記憶
與短時(shí)記憶不同，長(zhǎng)時(shí)記憶則是指存儲(chǔ)時(shí)間在一分鐘以上的記憶，一般能保持多年甚至終身。捷克植物學(xué)家魯?shù)婪颉ざ嗨顾枅?jiān)信，植物也存在一種特殊的長(zhǎng)時(shí)記憶，他將其命名為“形態(tài)建成記憶”。
通俗地說(shuō)，就是植物在某一特定時(shí)間受到的刺激并沒(méi)有立即對(duì)其產(chǎn)生影響，而是等到環(huán)境條件發(fā)生變化之后，植物先前的經(jīng)驗(yàn)才被重新喚起，作出改變生長(zhǎng)狀況等反應(yīng)。
多斯塔爾用來(lái)考察“形態(tài)建成記憶”的實(shí)驗(yàn)材料是亞麻幼苗。亞麻幼苗在生長(zhǎng)初期只有兩片較大的葉子，稱為“子葉”。兩片子葉之間是“頂芽”，頂芽靠下位置的兩側(cè)各有一片面朝子葉的小芽，被稱作“側(cè)芽”。
一般情況下，側(cè)芽處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)頂芽被破壞時(shí)，側(cè)芽才開始生長(zhǎng)形成新的枝條，替代之前的頂芽。
農(nóng)業(yè)管理中一個(gè)很重要的現(xiàn)象叫做“頂端優(yōu)勢(shì)”，就是指植物的頂芽?jī)?yōu)先生長(zhǎng)而側(cè)芽受抑制的現(xiàn)象，園丁修剪綠植去除頂芽，促進(jìn)側(cè)芽和新枝的生長(zhǎng)，正是利用了這一原理。
一般來(lái)說(shuō)，如果頂芽被摘除，頂端優(yōu)勢(shì)被去除，兩個(gè)側(cè)芽便會(huì)均等地生長(zhǎng)?？墒嵌嗨顾柊l(fā)現(xiàn)，如果事先摘掉亞麻幼苗一側(cè)的子葉，過(guò)一段時(shí)間之后再去除頂芽，那么只有未被摘除子葉那一邊的側(cè)芽會(huì)生長(zhǎng)，這就是植物對(duì)刺激所做出的反應(yīng)。
諾曼底魯昂大學(xué)的米歇爾·泰利耶利用鬼針草（一種具有橢圓形小葉的草本植物，在民間多用作清熱解毒的草藥）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象：
只要摘除頂芽前對(duì)一側(cè)子葉造成微小損害，就能夠?qū)е聜?cè)芽的不對(duì)稱生長(zhǎng)。神奇的是，就算弄傷子葉兩周之后再摘取頂芽，也會(huì)影響之前受傷一側(cè)的側(cè)芽的生長(zhǎng)。這說(shuō)明鬼針草有一種辦法儲(chǔ)存了它的“創(chuàng)傷經(jīng)歷”，并在頂芽摘除時(shí)提取了這段記憶。而這種記憶信號(hào)，便和我們昨天所提到的生長(zhǎng)素有著緊密的關(guān)系。
二十三、植物也要經(jīng)歷春化
冬小麥的春化現(xiàn)象
有些花卉需要經(jīng)歷低溫條件，才能促進(jìn)花芽形成和花器發(fā)育，這一過(guò)程叫做春化，前蘇聯(lián)科學(xué)家特羅菲姆·杰尼索維奇·李森科對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究。
冬小麥?zhǔn)翘K聯(lián)重要的農(nóng)作物，農(nóng)民在秋季播種，小麥在氣溫降至冰點(diǎn)之前發(fā)芽，接著進(jìn)入冬眠“睡個(gè)冷覺(jué)”，直到春天回暖之后才蘇醒開花?？墒?0世紀(jì)20年代的一場(chǎng)暖冬使得這些冬小麥顆粒無(wú)收。
李森科一直致力避免這種情況，他通過(guò)提前將種子放在制冷器中低溫誘導(dǎo)小麥開花，挽救了農(nóng)民的收成，這就是最早的春化作用的應(yīng)用。李森科第一個(gè)表明這一過(guò)程可以由人工進(jìn)行操縱。
植物其實(shí)非常機(jī)智，它們?cè)诙熘箝_花其實(shí)是一種自我保護(hù)的機(jī)制。比如櫻花總在4月份綻放，此時(shí)的日照長(zhǎng)度大約為每天12小時(shí)，實(shí)際上9月中旬的日照時(shí)長(zhǎng)與4月相同，但櫻花卻從不會(huì)在9月份開放。因?yàn)樗鼈冎?，若是秋季開始開花結(jié)果，它們的果實(shí)就會(huì)被即將到來(lái)的冬天凍壞，只有春天開花才能為自己的果實(shí)留出充足的時(shí)間成熟。盡管4月和9月的白晝時(shí)間相當(dāng)，櫻花樹卻能分辨出二者，這是因?yàn)樗鼈冇涀×藙偨?jīng)歷過(guò)的寒冬。
春化的秘密——擬南芥的FLC基因
植物“冬天記憶”的奧秘最終還是通過(guò)對(duì)擬南芥的研究得以揭開?？茖W(xué)家將北方的擬南芥（需要春化才能開花）和南方的擬南芥（不需要春化就能開花）雜交，發(fā)現(xiàn)其子代仍然需要經(jīng)過(guò)春化才能開花，這說(shuō)明“睡冷覺(jué)”的需求是一個(gè)顯性性狀。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，控制這一形狀的FLC基因（Flowering locus C，被稱作“開花位點(diǎn)C基因”）會(huì)阻止植物開花。
在植物春化的過(guò)程中，寒冷會(huì)使FLC基因周圍組蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，染色質(zhì)被壓縮得十分堅(jiān)實(shí)。這樣便關(guān)閉了FLC基因的轉(zhuǎn)錄通道，植物開花便不會(huì)受到阻礙。
一旦天氣回暖，外界環(huán)境達(dá)到理想狀況，植物就會(huì)開花。植物需要做的是，在氣溫回升后仍然記住曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)的寒冷，以保持FLC基因的關(guān)閉狀態(tài)。
當(dāng)植物花期過(guò)后，F(xiàn)LC基因又會(huì)被重新激活，抑制植物在秋天肆意開花，直到下一個(gè)冬天再度降臨。植物激活并保持FLC基因的關(guān)閉狀態(tài)，突出了表觀遺傳在植物冬季記憶中的作用。
我們之前講過(guò)基因突變是基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生堿基對(duì)組成或排列順序的改變（本質(zhì)是改變了DNA編碼），今天提到的另一種可遺傳變異——表觀遺傳則是DNA序列不發(fā)生變化，僅僅通過(guò)改變DNA結(jié)構(gòu)，就能使基因表達(dá)發(fā)生可遺傳的改變。
DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)外面包裹著一層組蛋白，組蛋白決定了染色體纏繞的緊密程度，被組蛋白壓縮緊實(shí)的基因無(wú)法進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而被解壓縮的基因則可以重新活動(dòng)。
這種表觀遺傳機(jī)制使植物的記憶從一個(gè)季節(jié)延伸到下一個(gè)季節(jié)，甚至從親代的記憶延伸到子代。
二十四、 “記憶”也會(huì)遺傳？
瑞士巴塞爾的芭芭拉·霍恩致力于研究植物記憶跨代遺傳的問(wèn)題。我們知道，外界的環(huán)境脅迫（比如紫外線照射、病原體侵害等）會(huì)使得植物基因組發(fā)生變化，產(chǎn)生DAN的新組合?；舳靼l(fā)現(xiàn)，這種脅迫誘導(dǎo)不僅會(huì)發(fā)生在受到脅迫的植物身上，它們的后代都會(huì)產(chǎn)生這些新的DNA組合。
也就是說(shuō)，子代本身雖然未經(jīng)過(guò)環(huán)境的脅迫，但它們記住了自己親代的經(jīng)歷，作出了同樣的反應(yīng)。
有人可能會(huì)質(zhì)疑這種解釋，認(rèn)為受脅迫植物的DNA序列突變也可以產(chǎn)生新性狀并遺傳給后代。但是，基因突變只能將新形狀傳遞給很少比例的后代，而環(huán)境脅迫帶來(lái)的新形狀則可以傳遞給所有子代。
脅迫誘發(fā)了植物的表觀遺傳的變化，包括親代的花粉和卵細(xì)胞在內(nèi)的所有細(xì)胞都會(huì)發(fā)生這種變化，然后遺傳給下一代的所有個(gè)體，甚至是第三代、第四代的個(gè)體，這是基因突變理論解釋不了的。
伊戈?duì)枴た仆郀柍诤罄m(xù)的研究中發(fā)現(xiàn)，受到環(huán)境脅迫的植物的第二代不僅表現(xiàn)出了遺傳變異，還增加了對(duì)脅迫的耐受力。這即是說(shuō)，如果親代遭受到了環(huán)境脅迫，它的子代在同樣的脅迫條件下能夠比其他植株生長(zhǎng)得更好。
霍恩和科瓦爾楚對(duì)植物記憶跨代遺傳的研究，雖然只是初步的嘗試和探索，在科學(xué)界還沒(méi)有被普遍接受，但是這足以表明遺傳學(xué)的一個(gè)新時(shí)代將要到來(lái)，“記憶”的確是可以通過(guò)表觀遺傳的基礎(chǔ)由親代傳遞給子代的。
二十五、植物也有智力？
在這一章中，我們見(jiàn)識(shí)到了捕蠅草的短時(shí)記憶、亞麻對(duì)創(chuàng)傷的長(zhǎng)時(shí)記憶以及冬小麥和擬南芥的表觀遺傳記憶，它們的這些行為全都包含記憶的三個(gè)必要階段——記憶形成、記憶保持和記憶提取。
雖然乍看上去，我們會(huì)覺(jué)得植物的記憶與我們的記憶毫不相同，但是按照記憶的階段劃分來(lái)說(shuō)，植物明顯具備儲(chǔ)存和提取信息的記憶能力。
我們知道人類的記憶器官是大腦，其實(shí)植物的記憶機(jī)制也有與人腦相通的地方，比如我們介紹過(guò)的電化學(xué)梯度。觸碰捕蠅草黑毛引發(fā)的動(dòng)作電位以及鈣通道的開啟，與人類神經(jīng)元的信息傳遞極為類似，這也正是人腦神經(jīng)連接的必要條件。
近年來(lái)，植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，植物不僅會(huì)靠電信號(hào)來(lái)傳遞信息，還與動(dòng)物一樣含有作為神經(jīng)受體的蛋白質(zhì)。從植物體內(nèi)中發(fā)現(xiàn)的谷氨酸受體，能夠幫助細(xì)胞之間的信號(hào)傳遞，而人腦中的谷氨酸受體則是神經(jīng)通訊、形成記憶和促進(jìn)學(xué)習(xí)的重要物質(zhì)?；蛟S人的腦機(jī)制與植物的生理運(yùn)作之間存在著更大的相似性，或許植物真的存在意識(shí)和智力，這都有待我們進(jìn)一步的探索和發(fā)現(xiàn)。
思考與討論：
本章介紹了植物的“記憶”。作者遵循心理學(xué)上對(duì)記憶過(guò)程的區(qū)分，認(rèn)為植物也具備形成時(shí)間記憶、將記憶保留一段時(shí)間、提取記憶信息的三個(gè)過(guò)程，從而判定植物具有“記憶”能力。想想看，電腦的記憶是不是也遵循這三個(gè)過(guò)程？
回顧《植物知道生命的答案》的內(nèi)容，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，植物似乎真的具有“視覺(jué)”、“嗅覺(jué)”、“觸覺(jué)”、“本體覺(jué)”和“記憶”，在一定程度上我們可以說(shuō)植物是具有意識(shí)的。雖然植物沒(méi)有與動(dòng)物類似的用以感知世界的諸多器官，但它們卻以一種獨(dú)特的演化方式來(lái)適應(yīng)這個(gè)世界。所以，當(dāng)你下一次走到戶外的時(shí)候，不妨用些時(shí)間想想：這朵花看到了什么？那棵草聞到了什么？身邊的樹是否感受到了我的觸摸？樹上的葉子能否記得我來(lái)過(guò)這里？
本文摘自《植物知道生命的答案》作者：丹尼爾·查莫維茨, 成長(zhǎng)于美國(guó)賓夕法尼亞州,大學(xué)就讀于哥倫比亞大學(xué)，并在耶路撒冷希伯萊大學(xué)獲得遺傳學(xué)的哲學(xué)博士,現(xiàn)任以色列特拉維夫大學(xué)植物生物科學(xué)中心主任。他對(duì)植物和果蠅的研究成果曾發(fā)表在頂級(jí)科學(xué)期刊上，《植物知道生命的答案》是他多年研究成果?？ㄆ髡?Hank 北京大學(xué)應(yīng)用心理碩士。
