柳葉的形狀是春風(fēng)的“魔術(shù)剪刀”剪出來(lái)的？

作者簡(jiǎn)介

許秀華，畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。從事科技記者、醫(yī)學(xué)記者等職，科普作家、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)會(huì)員，著有少兒科普書《超級(jí)農(nóng)業(yè)》（北師大出版社）、孕產(chǎn)期保健科普書《媽媽寶貝愛(ài)妻錄》（科學(xué)出版社）、《盧良恕院士傳》（人民出版社），全程執(zhí)筆《轉(zhuǎn)基因，給世界多一個(gè)選擇》（農(nóng)業(yè)出版社，獲2014年全國(guó)優(yōu)秀科普作品獎(jiǎng)）、《南水奇遇記》（水利出版社），為《科學(xué)大眾》《生命世界》等多家少兒科普雜志撰稿人。

詠柳

〔唐〕賀知章

碧玉妝成一樹高，

萬(wàn)條垂下綠絲絳。

不知細(xì)葉誰(shuí)裁出，

二月春風(fēng)似剪刀。

早春二月的河邊，柳樹枝條上鉆出來(lái)毛茸茸的嫩芽，柔嫩得要湊得很近才能看清楚，朦朧得要離得遠(yuǎn)才能感受到。若漫不經(jīng)心，你只會(huì)感受到貌似光禿禿的枝條。

當(dāng)沉浸于春困中恍恍惚惚的你，在某一個(gè)明媚的春日忽然有片刻的清醒，會(huì)發(fā)現(xiàn)身邊的垂柳竟在不知不覺(jué)中碧玉妝成，一條條柔長(zhǎng)的綠色流蘇，如仙女的拂塵迎風(fēng)舒展。

奇怪不？每片柳葉的形狀、大小都是相似的。如果你去觀察另一種植物，你會(huì)發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象：每種植物的葉子在形狀和大小上都有自己的特征。如果你繼續(xù)觀察植物的花，會(huì)發(fā)現(xiàn)不僅形狀、大小，連色彩都有自己的鮮明特征，好像打開(kāi)的一張張物種“身份證”。

為什么柳樹的葉子像印第安人的獨(dú)木舟，銀杏的葉子像打開(kāi)的小折扇......春風(fēng)的“魔術(shù)剪刀”究竟帶了多少個(gè)預(yù)設(shè)圖案，一路拂過(guò)，竟然將每一棵樹、每一株草全都“剪”得很符合物種分類標(biāo)準(zhǔn)？

決定葉片形狀的“另有其人”

決定葉片形狀的是植物的基因，它藏身于植物細(xì)胞核中的DNA雙鏈分子上。這個(gè)基因的名字叫作REDUCEDCOMPLEXITY，簡(jiǎn)稱RCO，即降低復(fù)雜性的意思。

RCO基因是如何通過(guò)降低葉片的復(fù)雜性，從而給不同物種規(guī)定了不同的葉片形狀的呢？

RCO基因僅活躍在生長(zhǎng)的葉片中，當(dāng)它失活、不起作用的時(shí)候，植物葉子里的細(xì)胞向各個(gè)方向生長(zhǎng)，葉片的形狀是近乎圓形或者橢圓形的，葉片表面是連續(xù)的一片，不像芹菜葉、香菜葉那樣，中間有裂開(kāi)的地方。生物實(shí)驗(yàn)室里，和動(dòng)物界的小白鼠一樣齊名的模式植物——擬南芥，就缺乏RCO基因，所以它的葉片就可以自由地生長(zhǎng)。

而在同屬十字花科的近緣種——碎米薺中，RCO基因大顯身手。碎米薺的葉面就從最初的橢圓形慢慢地長(zhǎng)成了中間突出、兩邊落后的樣子，很有設(shè)計(jì)感。

RCO基因?yàn)楹稳绱松衿?/p>

之所以這么神奇，是因?yàn)镽CO基因能夠阻礙葉子內(nèi)一些位置上細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖。

比如碎米薺的葉子，葉片長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后，葉片兩側(cè)的細(xì)胞就不再生長(zhǎng)和增殖，只有葉片中間的細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖，于是就有了中間突出、兩邊內(nèi)斂的設(shè)計(jì)感。

當(dāng)采用基因敲除技術(shù)抑制碎米薺中RCO基因的功能時(shí)，這種美麗的設(shè)計(jì)感就消失了，取而代之的是擬南芥那樣的橢圓葉片。

當(dāng)把RCO基因轉(zhuǎn)入擬南芥的種子中，新長(zhǎng)出的擬南芥葉片竟然背離了祖祖輩輩立下的“規(guī)矩”，葉片中也出現(xiàn)了復(fù)雜的裂痕，體現(xiàn)出了藝術(shù)設(shè)計(jì)感。

萬(wàn)條垂下綠絲絳，柳葉為何細(xì)長(zhǎng)得如獨(dú)木舟？這是因?yàn)榱鴺淙~片上所有的細(xì)胞都只沿著葉脈縱向生長(zhǎng)和增殖，而在橫向上不再生長(zhǎng)和增殖，于是葉子就長(zhǎng)成了細(xì)細(xì)的獨(dú)木舟形狀。

那么，芹菜與香菜的葉子中間裂開(kāi)是怎么回事呢？

我們把芹菜葉子平鋪在白紙上，然后把中間裂開(kāi)的地方涂上紅色。從葉柄開(kāi)始，葉片沿著葉脈長(zhǎng)大的時(shí)候，這些涂紅色部分的細(xì)胞，其生長(zhǎng)受阻，于是葉片就裂開(kāi)了。綠色部分生長(zhǎng)沒(méi)有受阻的葉片繼續(xù)順著葉脈生長(zhǎng)，于是原先裂開(kāi)的部位就變成了深谷，葉片上就出現(xiàn)了一道深深的裂痕。同理，其他的裂痕也是這樣形成的。

其他基因也參與作用

可是香菜葉、芹菜葉雖然都有深深的裂痕，但很明顯，它們裂開(kāi)的方式是不一樣的，葉片的“設(shè)計(jì)式樣”也完全不一樣，這顯然不是RCO基因可以獨(dú)立完成的工作。實(shí)際上，植物基因組里的RCO基因就像是遺傳開(kāi)關(guān)，能夠激活或關(guān)閉其他基因。很顯然，一定有其他基因作為“設(shè)計(jì)師”，在負(fù)責(zé)每種植物的葉片設(shè)計(jì)工作。

在對(duì)絲葉貍藻的研究中，科學(xué)家分離鑒定出了幾種基因。有的基因?qū)ｉT在葉芽還沒(méi)完全形成之前，在葉片正面發(fā)揮作用;有的基因則在葉芽發(fā)育接近成熟的時(shí)候，分別在葉片的正面和背面表達(dá)......而且還不止一個(gè)基因在發(fā)揮作用。這樣，不同的基因在不同的時(shí)間和部位，分別督促葉片的不同細(xì)胞按照自己的指令生長(zhǎng)。于是，就如同一場(chǎng)復(fù)雜的舞蹈，不同的細(xì)胞在不同的時(shí)間登場(chǎng)，生長(zhǎng)分裂，葉片的不同部位就會(huì)表現(xiàn)出不同的形態(tài)。這種種不同的形態(tài)最終組合在一起，就形成了每種植物特有的葉片形狀和圖案。于是，一張張?jiān)陉?yáng)光下打開(kāi)的物種“身份證”就這樣做成了。

“不知細(xì)葉誰(shuí)裁出，二月春風(fēng)似剪刀?！边@個(gè)答案在唐朝可以說(shuō)是很有詩(shī)意，但是在今天的生物學(xué)家心里，是基因裁剪出了細(xì)如眉毛、狀如獨(dú)木舟的柳葉。