看植物玩兩個(gè)“方向盤”

徐履泰

駕車的高手能夠安安全全地把握好一個(gè)方向盤已經(jīng)不容易了,但那些想爭得生存權(quán)的植物卻要把握好地上和地下兩個(gè)“方向盤”。它們靠的是什么特殊本領(lǐng)呢?

我們已經(jīng)知道,地球植物在漫長的進(jìn)化過程中,已經(jīng)離不開地下的水和地上的光了,要想存活,它們必須把根牢牢地扎在地下,并在地下伸展,而莖葉則必須克服地球重力,奮力向有光線的地方——空中方向進(jìn)發(fā)。也就是說,它們必須讓莖葉和根須各自牢牢把握好自己前進(jìn)的“方向盤”。那么,它們究竟是靠什么本領(lǐng)來把握“方向盤”的呢?

地上的“眼睛”看前方

開車的人要想朝著選好的目標(biāo)前進(jìn),就必須靠眼睛來辨別前進(jìn)的方向,否則就有可能南轅北轍,甚至車毀人亡。植物要把握好“方向盤”也必須具備認(rèn)路的本領(lǐng)。它們難道也有“眼睛”嗎?

科學(xué)家最近研究證實(shí),植物確實(shí)有自己獨(dú)特的認(rèn)路“眼睛”。

植物雖然沒有明顯的視覺器官,但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在植物葉子內(nèi)有與視網(wǎng)膜類似的東西——感光器,它實(shí)質(zhì)上就是植物的“眼睛”。植物依靠感光器感覺光的存在、光的強(qiáng)度、方向以及顏色的比率。通過“眼睛”,植物能夠找到光源,還能獲得周圍環(huán)境的信息。如植物通過“眼睛”看見其他植物的葉子擋住了自己的身子,于是它們便能繞開障礙,繼續(xù)上行;即使植物長得稀稀疏疏,距離比較遠(yuǎn),觸及不到它們,它們也能感覺到這些鄰居的存在,并能作出奧妙的反應(yīng)。通過“眼睛”看,植物能確定冬天的結(jié)束和春天的來臨,種子知道什么時(shí)候發(fā)芽,長大的植物知道什么時(shí)候開花,并且開花、結(jié)果的時(shí)節(jié)與季節(jié)正好同步。有的寄生植物還能借助“眼睛”的幫助,繞過許多障礙物去追蹤和捕食自己“愛吃”的植物。

前不久,科學(xué)家通過對(duì)阿拉伯芥的研究,發(fā)現(xiàn)了這種植物有三種感光器:光敏素、向光素和隱花色素。通過光敏素,植物能感覺到鄰近植物的存生及其顏色;向光素能控制植物對(duì)藍(lán)光的反應(yīng),以此來控制葉子表面微小氣孔的張開和關(guān)閉;隱花色素則有調(diào)控莖的生長、開花、結(jié)實(shí)的重要作用。后來,科學(xué)家證實(shí)大多數(shù)植物都有這三種感光器,說明植物至少在用“三只眼”看七彩世界,辨前進(jìn)方向。

那么,植物是否僅有“三只眼”呢?科學(xué)家認(rèn)為,目前下最終結(jié)論還為時(shí)過早,但目前的發(fā)現(xiàn)將會(huì)對(duì)下一步提高經(jīng)濟(jì)作物捕捉陽光進(jìn)行光合作用的能力,使植物獲得更多能量有很大幫助。

地下的“鼻子”辨四周

雖然植物的根須沒有像莖葉那樣有內(nèi)藏的“感光器”作為“眼睛”,但卻有自己獨(dú)特的“鼻子”。憑借“聞”,植物根須照樣可以在地下自由穿梭。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn),植物的根里有一些特殊的蛋白質(zhì),對(duì)根須周圍各種不同物質(zhì)的蛋白質(zhì)分子非常敏感,并以此來辨別周圍的物質(zhì),決定自己的去向。

直到目前,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物“鼻子”的作用,主要有分辨“食物”和敵友兩種,并以此來決定自己的行動(dòng)路線和做法。實(shí)驗(yàn)證實(shí),根瘤菌是豆科植物非常喜愛的一種“食物”,哪怕它們距離豆科植物根須位置較遠(yuǎn),豆科植物也能憑借“鼻子”聞到它們身上的“Nod因子”,最終發(fā)現(xiàn)并調(diào)轉(zhuǎn)“方向盤”去找到它們。我們知道,動(dòng)物的認(rèn)親能力對(duì)動(dòng)物來說是相當(dāng)重要的,因?yàn)檫@有助于它們分享寶貴資源,或避免近親交配。而動(dòng)物的認(rèn)親方法也已經(jīng)被科學(xué)家破譯,那就是它們把對(duì)方的氣味作為“身份證”來查驗(yàn)對(duì)方,有的動(dòng)物還把對(duì)方的特有聲音當(dāng)作標(biāo)識(shí)來判斷親疏。如今科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物也具備與動(dòng)物類似的本領(lǐng),實(shí)在是令人驚嘆不已。

有趣的是,植物的“鼻子”還能分辨出哪些根須是自家兄弟,哪些是競爭者,哪些是敵人。當(dāng)它們發(fā)現(xiàn)周圍的“鄰居”不是它們的同宗兄弟時(shí),便會(huì)投入更多精力,發(fā)展壯大自己——加快促進(jìn)根部生長,與競爭者暗中爭奪地下資源;如果遇到“敵人”,它們一邊會(huì)迅速壯大自己,一邊調(diào)轉(zhuǎn)“方向盤”躲避。

科學(xué)家現(xiàn)在想的是,盡快幫助經(jīng)濟(jì)作物發(fā)揮這些本領(lǐng),好迅速地躲避敵人,發(fā)現(xiàn)“食物”。

玩轉(zhuǎn)“方向盤”的秘術(shù)

有了兩種“眼睛”看方向,下一步植物如何讓“方向盤”與眼睛配合呢?

科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn),當(dāng)植物用“眼睛”看清楚前進(jìn)方向后,如果需要調(diào)轉(zhuǎn)“方向盤”,它們馬上讓體內(nèi)的一種特殊蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化,這種變化一旦發(fā)生,它的“方向盤”就像得到了“指令”一樣,馬上開始左右調(diào)轉(zhuǎn),以此調(diào)整莖葉和根須上下左右的前進(jìn)方向。

那么,植物的“方向盤”究竟安裝在哪里?調(diào)轉(zhuǎn)“方向盤”又是怎樣進(jìn)行的呢?目前比較有說服力的一種說法認(rèn)為,植物體內(nèi)的造粉體細(xì)胞就是植物的重力傳感器——就相當(dāng)于植物調(diào)整生長方向的“方向盤”,其安裝位置,地下是在根冠中,地上則是在莖部維管束周圍的一二層細(xì)胞組織中。

但真正發(fā)揮“方向盤”調(diào)節(jié)作用的則是造粉體細(xì)胞中的淀粉粒,它就像是人類調(diào)整方向盤的手,如淀粉粒向造粉體細(xì)胞左邊集中,就像是人的手往左邊打方向盤一樣,它所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是,植物的莖或者根向左側(cè)或右側(cè)傾斜。當(dāng)然,植物把握“方向盤”的方法并不像人類借助機(jī)器的幫助僅僅靠手簡單運(yùn)動(dòng)就完成了,它還涉及到植物細(xì)胞核、細(xì)胞骨架、生長素、無機(jī)鈣等許多物質(zhì)的參與和一系列傳導(dǎo)動(dòng)作,科學(xué)家對(duì)其中的許多細(xì)節(jié)已經(jīng)心中有數(shù)了。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),植物調(diào)整“方向盤”的動(dòng)作非常迅速,當(dāng)玉米、高粱和小麥的植株在強(qiáng)風(fēng)的作用下變成倒伏狀以后,內(nèi)部的“方向盤”在一刻鐘到半小時(shí)的時(shí)間里,很快就會(huì)產(chǎn)生調(diào)整動(dòng)作——讓倒伏的莖節(jié)間向上彎曲生長。

科學(xué)家指出,要想最終確認(rèn)目前的發(fā)現(xiàn)究竟是不是終極答案,那還要看植物種子在太空實(shí)驗(yàn)室里失去重力情況下的“駕駛”表現(xiàn)。等到人們?nèi)科谱g了植物的“駕駛”秘術(shù),就可以通過對(duì)經(jīng)濟(jì)作物兩個(gè)“方向盤”駕駛技術(shù)的改進(jìn),讓它們“要風(fēng)得風(fēng),要雨得雨”了。

(選自《科學(xué)之謎》)