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植物活性研究

植物也能看到和嗅聞嗎?植物也有記憶和意識嗎?

三毛說:「如果有來生,要做一棵樹,站成永恆。沒有悲歡的姿勢,一半在塵土裡安詳,一半在風裡飛揚;一半灑落蔭涼,一半沐浴陽光。非常沉默,非常驕傲。從不依靠,從不尋找。」不會自行移動的植物,一半在塵土裡安詳,一半在風裡飛揚,然而植物真的沒有悲歡嗎?

近代植物學家研究發現,植物沒有眼睛,沒有鼻子,也沒有嘴,但它們居然也能看到,嗅到,聽到,和感覺到,甚至植物也有記憶和意識,知道自己身在何處,彼此間也能互相傳遞訊息。

在我們的周圍到處都生活著各種各樣的植物,,有些成為我們生活中的裝飾,讓我們身處的環境變得生機勃勃,豐富多彩,比如養在家中的綠蘿,會開花的月季,嬌小可愛的多肉等等,看起來綠意盎然, 芳香撲鼻,還有一些則變成了蔬菜、瓜果,滿足我們的食欲,提供人體必須的營養,但更多的是隨處可見,又毫不起眼的花草樹木,在微風中獨自搖曳,默默生長,構成地球繁雜多樣的生物形態。

至今為止,人類對自身的瞭解頗為詳盡,比如我們知道,人有視覺,可以分辨顏色,可以看到形形色色的事物,可以觸摸,它們可以聞到氣味,還可以感受愉悅、悲傷的情緒。人們發現在動物的身上也有同樣的功能器官,但卻很少有人去研究植物是否也有同樣的感受。

植物沒有眼睛,它能否看得到光明?植物沒有鼻子,能否聞到不同的氣味? 植物沒有記憶,會不會有悲傷或快樂的情緒?植物雖然是一種生物,但是它不能移動,不會說話,只是靜靜地生長,更多的時候,我們會在無意之中把它們當成山川、河流、岩石、空氣一樣的存在。在「植物知道生命的答案」這本書中作者丹尼爾查莫維茨用科學的嚴謹的態度,向我們展示了植物不僅能看到光明,嗅到氣味,感受到觸碰,知道自己身處何方,他們還有記憶,並且會把記憶遺傳給下一代。本書的作者是以色列特拉維夫大學植物生理科學中心主任,成長於美國賓夕法尼亞的阿裡奎帕大學,就讀哥倫比亞大學,並在耶路撒冷希伯萊大學獲得了遺傳學的哲學博士。不僅讓我們對生命有了更多的認識,也讓我們思考了一個哲學的終極問題:人類到底是什麼?

植物能看到什麼?

植物能看到什麼?能嗅到什麼?視覺對人類來說是一個非常非常重要的功能,因為眼睛的存在,我們可以看到這個美麗多彩的世界,可以看到地球上形形色色的事物。 可以看到天上雲卷雲舒,可以看到地上花開花謝。 我們可以看到大漠落日孤煙,也可以看到大海亂石穿空,卷起千堆雪。

視覺就是我們內在靈魂和外部世界溝通的一個窗戶。如果失去視力,人類將是多麼的孤獨,封閉和黑暗。 但是和我們朝夕相處的植物,卻沒有這樣的命運。他們沒有眼睛,他們看不到圖像,他們分不清每天從他們身邊經過的是一個禿頭的大叔,還是一個美麗的小女孩。但是如果因此就以為植我看不到任何東西,那我們可就大錯特錯了。

植物只是缺少一個和人類一樣的大腦,不能將光的信號解析成圖像,但是他卻能夠感受到光的存在,並對他做出反應。不僅如此,植物能感應的光譜波長範圍,遠遠超出了人類能看到的可見光的波段。我們都知道光實際上是一種電磁波。人之所以能夠看到電磁波,原因在人類的眼中有種叫做光受體的特殊蛋白質,在人的視網膜上覆蓋著成列的這種光感受器,叫做光受體的特殊蛋白質,在人的視感細胞中含有感覺明暗的視紫紅質在視椎細胞裡含有光式蛋白,感紅光式蛋白,感藍光式蛋白,感綠光式蛋白。這些光感受器讓人們能夠分明暗,區分不同的顏色,但是人們在植物中發現了遠遠不止這四種光受體。在一種叫擬南芥的植物中,科學家發現至少有十一種不同的光受體,它們有的告訴植物何時萌發,有的告訴植物何時轉彎,有的告訴植物何時開花,進化論的奠基人達爾文和他的兒子弗蘭西斯發現了植物的向光性,他們用金絲雀虉草作實驗,發現植物的莖尖能夠感知到光,並把資訊傳遞到莖的中部,使他朝光的方向外彎曲。與達爾文同時代的一個叫尤裡烏斯馮薩克斯的科學家則發現,誘發植物向光性的主要是藍光。

幾十年後,科學家們又發現了光週期現象。有一種叫馬里蘭孟馬的煙草會瘋狂的生長,可以一直長到十五英寸的高度,長出近百枚葉片,直到霜凍來臨才停止生長。 這對煙農來說是一個好消息。可是唯一不足的是這種馬里蘭孟瑪很少開花,這就意味著第二年煙農沒有種子來播種, 但是只要每天下午把馬里蘭孟馬搬到一間陰暗的棚屋裡,他就會停止生長,開始開花。這個實驗其實就是人為的製造了一種短日照,這就是光週期現象。

科學家們發現,很多植物都跟馬里蘭孟馬一樣,只在日照較短的時候開花,比如菊花和大豆等等,而有些植物開花則需要長日照,比如鳶尾和大麥。只要在半夜亮幾分鐘的光,就可以讓短日照的植物不開花。同樣在半夜亮幾分鐘的光,就會讓長日照的植物在冬天也照樣開花,說明植物測量的不是白晝的長度,而是連續黑暗的長度。利用光週期現象,科學家就可以讓本來在秋天開放的菊花延遲到母親節的時候再開。與藍光影響植物的向光性不同的是,在光週期現象中,植物都只對紅光有反應,而其他的光都不會影響植物的開花。到了20世紀50年代,美國農業部實驗室的科學家哈裡波斯維克又有了驚人的發現,他和同事發現遠紅光可以消除紅光對植物的效應。他們用一種在長夜條件下能開花的鳶尾做實驗,在半夜給他們一個紅色閃光,他們就會開出像在自然條件下種植一樣的美麗鮮花。但是,如果你在紅色閃光之後,立刻給他照射遠紅光,他就像從來沒有照過紅光一樣不開花了。但是,如果你在遠紅光之後又照紅光,他們就又開花了。

而且不需要太長時間的照射,只需幾秒就夠了。遠紅光和紅光對花就像一個開關一樣,紅光打開,遠紅光關閉。後來一位名叫瓦倫巴特勒的科學家和同事證明,遠紅光和紅光的效應都是由於他們激發了植物中的一種光受體叫光敏色素造成的。光敏色素存在於植物的每一片葉片之中。一般來說,動物的光受體只能在動物身上找到,植物的光受體只存在植物體中,但是有一種光受體卻例外,它們是被稱為「引花色素」的光色素,可以控制植物的生物鐘,它可以讓植物在白天張開葉子在夜晚合攏。對植物來說,光不僅是信號,也是一種食物,所以植物需要知道光在哪裡?並努力地向著食物生長。

植物能聞到什麼?

我們現在知道了植物有視覺,能接受到光的刺激,但更神奇的是植物還能聞到自己散發著氣味,和臨近植物的氣味。人類對嗅覺有個定義,指通過嗅神經受到了刺激而感知氣味或芳香的能力,之所以會這樣定義,那是因為人類完全是站在自己的角度出發而得出這樣的定義。

如果人們把植物也考慮在其中,把嗅覺的定義改為通過刺激而感知氣味或芳香的能力。就會發現植物不僅擁有嗅覺,而且還非常靈敏。很多人都有過這樣的實驗,新買了奇異果硬邦邦的沒有成熟,怎麼辦呢?放一個成熟的蘋果進去,這樣奇異果很快也會薯頭變軟就可以吃了。不僅如此,將一個成熟的香蕉放到一個鱷梨的袋子裡,鱷梨也會很快成熟。劃破幾個成熟的無花果,可以讓整串無花果成熟。在煤油加熱的棚屋裡可以催促柑橘。後來科學家發現了煤油和成熟的果實,所散發的氣味中都含有一種少量的物質叫乙烯。經過研究發現,乙烯是一種果實成熟的通用植物激素,就像我們聞到烤肉會流口水一樣,果實聞到乙烯的味道就迅速成熟了。後來,一位濱州州立大學的昆蟲學家康蘇埃羅德莫拉埃斯博士發現一種叫兔絲子的寄生植物,特別喜歡番茄的氣味,而特別討厭小麥的氣味。

植物之間會說話?

1983年,科學家們又發現了柳樹和棉豆,可以彼此警告樹葉昆蟲的到來。一些柳樹被毛蟲啃食時,附近的健康的柳樹會在葉子裡產生有毒的酚類和丹寧酸類物質抵抗毛蟲啃食。

因為在當時科學家找不到病樹和他們健康的鄰居之間的任何物理聯繫,看起來就像是樹和樹之間在悄悄通話,於是就用了誇張擬人的表達方式,將這種樹看成會說話的樹。大眾很快接受了這種說法,廣為流傳。直到在德國耶拿馬克思普朗克化學生態學研究所工作的科學家海爾和他的同事通過對棉豆植株的實驗,發現樹木並沒有說話,而是受傷的葉子會釋放一種氣體,讓同一植株的其他葉子以及附近的健康植株聞到自己的氣味而增強抵抗力。

他們最後發現,受細菌侵害的葉子會釋放一種叫水楊酸甲酯的氣體。被害蟲設施的葉子不會釋放這種氣體,而會產生另一種叫茉莉酸甲酯的氣體。水楊酸甲酯是一種揮發性的物質,通過氣孔被未受感染的葉子吸入,轉換成了水楊酸。而水楊酸就是人類製造止痛藥阿司匹林的化學物質,它本身也是現代許多除痤瘡洗面乳的關鍵成分。

這就是植物能嗅到氣味的原理,它們和人們用鼻子嗅到氣味的原理是一樣的,只是人類多了情緒的處理系統。人們會對氣味產生恐懼或者麻煩的情緒,而植物則不會,但是植物可以感受到氣味的刺激的能力,卻是毋庸置疑的。

植物對觸碰的反應是什麼?

我們大多數人每天都會接觸到植物,有些植物的質地非常的柔軟舒適。在公園中看到綠油油的草地,很多人甚至會情不自禁地想要躺在上面,感受一下大自然的氣息。可是,你是否曾想過這樣動作,植物是否能夠感受到我們的觸碰?並且會因此做出反應呢?

其實,植物不只知道什麼時候被觸碰,還能夠區分冷和熱,知道什麼時候它們的枝條正在風中搖曳。我們都知道,對嬰兒來說,父母的撫摸是多麼的重要,他可以促進嬰兒身心健康的成長。缺少父母愛撫的嬰兒會患上肌膚饑渴症,甚至會導致孤僻、緊張、自閉情緒的滋長。但是對植物來說,觸碰可能並不是一件好事,就像蒼耳子來說,每天摸上幾秒鐘就可以讓它的葉子枯萎凋落。

俄亥俄大學的植物生理學家馬克甲菲發現在植物生理中觸碰引發的生長遲滯是一種普遍現象。在自然界中,植物是暴露在多重的觸碰威脅之下的風與雪,還有動物都會不時的觸碰到它們。和他同時期的科學發現了捕蠅草只觸碰到一根睫毛時,葉片不會閉合,只有觸碰到兩根睫毛時,葉片才會閉合。他猜測對兩根毛的壓力,能引發導致補充器閉合的信號,信號是補充器關閉的直接原因。在100多年後,他的猜測得到了證實。美國亞曆山大沃爾夫和他的同事證明,電刺激本身的確是補充其關閉的引發信號。

他們對捕蠅草張開的半片施以一種電休克處理,這導致補充器在觸發毛沒有受到任何接觸的情況下,也會閉合。

後來對含羞草的研究則讓人們瞭解了這種運動的原理。含羞草的葉子中,有一群由細胞構成的結構,叫做葉枕。正常情況下,含羞草的葉子裡面的葉枕細胞充滿了鉀離子,會吸引大量水分進入細胞,這樣葉子就硬挺起來。但是電信號達到葉枕時,鉀通道打開鉀離子離開細胞,水分也離開了細胞,於是葉片就閉合了。一旦信號消失,葉枕又重新把鉀蹦入細胞,葉子又張開了。

除此之外,科學家還發現,觸碰會使植物的基因結構發生迅速的變化。斯坦福大學的一位年輕的研究員拉姆在研究植物激素啟動的遺傳程式時,意外地發現。對擬南界的這種植物噴灑激素或水時都有幾種基因被迅速的啟動。他意識到,這些基因的啟動不是因為激素對植物的生理反應,而是噴灑溶液引起的物理效應。於是,他給這些基因起一個貼切的名字叫tch基因。

現在我們知道,當妮楠借著葉子被昆蟲落腳或被風吹過時,超過2%的基因會被啟動。由此可知,當植物遭到機械刺激並設法存活時,它們產生的反應是多麼劇烈。但是我們都知道,植物並沒有大腦,它對這些刺激產生反應並不是為了避免疼痛,而僅僅是為了調節發育。說完植物對觸碰的反應。下面我們再來說說植物對聲音的反應。

植物能聽到聲音嗎?

關於聽覺一般的定義是有耳朵之類的器官覺察、震動、感知聲音的能力。聲音是一種壓力波,我們的內耳中有對觸碰敏感的毛細胞可以接收這種壓力。波毛細胞可以傳達兩種類型的資訊,響度和音調。響度是由聲波的陣幅決定的;音調是由聲波的頻率決定的。

毛細胞一邊震動,一邊引發動作電位傳遞給聽神經,再到大腦。大腦在把這些資訊轉化成各種聲音,植物沒有眼睛也能覺察到光,沒有耳朵能否聽到聲音呢?達爾文曾經像對植物視覺和觸覺領域做了開創性研究,一樣的去研究聲音對植物的影響。他用大管奏音樂,看能否誘發含羞草的葉子合攏實驗,結果是沒有合攏。達爾文覺得自己做了一個愚蠢的實驗。到目前為止,人們專門研究植物對聲音反應的論文屈指可數。

這其中還有很多達不到標準,有些甚至還引用了桃樂西雷塔拉克的「音樂之聲和植物」這本書是美國20世紀60年代,政治文化氛圍下的產物。雷塔拉克宣稱:「暴露在柔和的古典音樂中的植株生長茂盛,暴露在齊柏林飛艇二專輯中的植物生長遲滯。」但是這些實驗大多不僅樣本稀少,缺乏科學性,而且都不能在實驗室中重複驗證。儘管雷塔拉克的實驗被科學居之門外,但是他的書卻作為新時代宗教文獻出版,受到了大眾的熱捧。而在基因研究方面,似乎證明植物實在是個聾子,因為植物含有一些和已知能導致人類耳聾的基因相同的基因。

在對前文所提起過的一個小植物擬南界的研究中發現,全世界很多實驗室已經確定了50多個人類聾子基因,其中至少有十個在擬南界基因組中存在。雖然缺乏實驗證據,並不等同於得出否定的結論。但是從演化的角度,我們也可以得出結論,植物是聾子,因為它們在演化中不需要聽覺。植物被它們的根固定在地面上,當危險來臨時,他們無法逃跑也無法躲避,正因為如此,植物不需要聽力這種能夠讓他們快速撤退的通訊。

植物是否知道自己根在何處?有沒有記憶?

當體操運動員落地時,他的腳會穩穩地站住,雙手高高舉起,人之所以知道自己的空間位置,是因為人有本體覺。但是這種感覺在平時很難被覺察,只有在失去時你才能感受到,比如喝醉了酒,你想走直線就變得困難無比。

植物本體覺缺乏明確的核心器官,但他牽涉到內耳信號和全身某些特殊神經信號的協調輸入。1758年,一位叫迪阿梅爾的科學家發現,如果他把一株植物幼苗上下倒置,它們的根會重新定向的而向下生長,莖則朝相反的方向生長。許多科學家都認為這和重力有關。50年之後,英國皇家學會的會員奈特把蠶豆的幼苗綁在木板上,和水車一起旋轉,證明瞭根合金不只是會對天然重力做出反應,還能對水輪車提供的離心力這樣的人造重力做出反應。不過,這依然不能解釋植物道理是如何感知重力的。達爾文和他的兒子法蘭西斯又對這個領域進行了權威實驗,他們猜想重力感受器在根尖部位。

他們用蠶豆,豌豆和黃瓜的根切掉不同長度的一小段,結果發現,即使是只切掉0.5mm的根尖,都足以消除植物對重力的全部敏感性。但是,如果把一株蠶豆的幼苗測著坊再切除根尖前先等待90分鐘。這回雖然根尖沒了?但是蠶豆苗依然能夠重新向下。達爾文父子用了六種不同的植物進行了類似的實驗,結果都一模一樣。這就說明根尖即刻感知到的重力向上,傳遞了資訊。科學家再次通過對擬南芥的研究發現,重力感受器在根和莖的部位不同,根是在根尖部位,莖是在內皮層的部位。

後來研究者用顯微鏡在根中央區域的細胞內發現了一種叫做平衡時的緻密球狀結構,就像人類耳朵中的耳石一樣,平衡時比細胞的其他成分要重。當根被側著放置時,平衡時就會沉到細胞的心底部,科學家猜測平衡時才是真正的重力感受器。雖然我們現在已經知道了植物是如何感知重力。但是這種感覺資訊又是如何讓植物生長和彎曲的呢?

20世紀初的丹麥植物學家彼得伯伊森嚴森對燕麥幼苗進行實驗,發現一種化學物質能夠穿透鳴膠,從精尖下到莖中段並讓它彎曲。這種化學物質就是生長素本體,不只讓植物分辨上下,同時也能讓植物知道自己身處何方?就像一個運動員一樣,知道自己手該舉多高,腿該伸多遠。

由於植物的生長對肉眼來說非常緩慢,所以我們總是自然而然地把植物看成精緻的生命。如果我們花較長的一段時間來觀察它們,就會發現它們實際上在不停的舞蹈葉子捲曲又舒張,花朵開放又閉合,經盤旋又彎曲。達爾文發現所有的植物都在所重複性的螺旋狀搖擺運動,他將這一運動命名為「迴旋轉頭運動」。只不過有些植物的運動幅度大,有些植物運動的幅度小而已。

達爾文相信這些螺旋狀的搖擺舞蹈是所有植物運動的驅動力,是植物的內柄行為。但是另外有兩個科學家伊斯雷爾森和約翰森卻對這個假說進行了挑戰。他們認為是重力驅動了植物的圓圈物。

2007年,安德森在空間站進行了實驗,最後卻證明迴旋轉頭運動的確是植物的內柄行為,只是這種行為需要在重力條件下才能得到最充分的表現。植物會同時被向幾個方向的利拉扯,比如:窗臺上的植物會被光線牽拉,向著窗臺被陽光照亮了一側生長,與此同時,重力又會讓它向上生長。人類和植物以相似的方式只對重力做出反應,都依賴感受器提供的資訊和指導位置保持平衡。人類能記住自己做過的運動,並且一次又一次的重複。那麼植物呢?它有記憶嗎?

植物有記憶嗎?

答案是肯定的。就像前文所說的煙草知道他們看到的最後一道光的顏色,柳樹知道鄰居是否已經受到了毛蟲的攻擊。這些例子以及其他更多的例子都展現了植物對先前事件的延遲反應,而這正是記憶的關鍵組成要素。著名的心理學家恩德爾托爾文提出了人類的記憶包括三個層次,最低層次是程式記憶,第二個層次是語義記憶,第三個層次則是情景記憶。

但是我們人類的記憶實際上並不止這三種,還包括感官記憶、短時記憶、常識記憶、肌肉運動記憶、免疫記憶等等。

柳樹和棉豆會散發丘的健康,同伴兒病害來臨。其次,我們講到了植物能感受到什麼時候被觸碰,什麼時候枝條被風吹動,捕蠅草被觸發時能閉合葉片含羞草的閉合的的機理是產生電信號,植物受到機械刺激,會迅速改變基因結構,最終改變植物的生長發育。

同時呢也發現沒有確鑿的證據證明植物可以感受聲音,並對此做出反應,反而有科學研研究證明,在植物體內含有礱子基因。從演化的角度來講,植物也沒有必要演化出聽覺系統。最後,我們講到植物知道自己身處何處,位於植物跟關中央區域的平衡時,是重力感受器,植物都在做著螺旋狀搖擺運動。這是一種內病,行為重力因素會增強這種運動植物具有程式記憶的功能。

捕蠅草具有短期記憶,鬼真草對創傷的反應是一種長期記憶。春話說明瞭植物的記憶會遺傳。但是就像作者所強調的那樣,儘管植物擁有這麼多意識,但是這一切都只是為了讓植物最好的適應環境,我們對捕蠅草的研究知道,如果昆蟲只碰到了一根毛捕蠅蟲是不會閉合的,如果在20秒內,蟲子碰到了第二根毛,就會觸發閉合。

捕鷹草的電信號與人類,甚至所有動物的神經元電信號都很相似。科學家對鬼真草的創傷反應的研究則證明瞭植物有長期記憶。我們都知道植物有頂端優勢。當頂芽被摘除時,兩個側芽會均等的生長。

法國科學院院士泰利耶偶然發現,在他摘除鬼真草的頂芽時,兩個側芽都開始了均等的生長,但是只要他弄傷了一片子葉,那只有靠近健康子葉的側芽會生長。有的時候,泰利耶故意把弄傷的子葉和摘除主芽之間的時間間隔拉長到兩周,可這種現象依然存在。

蘇聯的科學家對小麥研究發現,如果沒有在冬天經歷一段寒冷的時期,冬小麥在春天不會開花。但是,如果把冬小麥的種子放在製冷器中,也能誘發種子發芽開花,這種現象叫做春化。它的原理是牽涉到一種專門的基因叫flc冷處理,

但是就像作者所強調的那樣,儘管植物擁有這麼多意識,但是這一切都只是為了讓植物最好的適應環境。我們不能把人類行為和植物在他們的世界中的活動方式等同視之。比如在2008年,瑞士政府成立了一個目的在保護植物尊嚴的倫理委員會,看起來就是一個笑話。在億萬年來,植物和人類雖然具有相似的感知物理世界,但是兩者經歷了不同的分離演化。當我們在觸碰一片葉子時,葉子不會記住你,但是人卻會對它留下永遠的記憶,僅此而已。

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