王瑞林

如果讓你用某個字眼來描述植物,你肯定不會用“聰明”來形容它們。如果有人說你像植物一樣有遠見,你肯定認為是在諷刺你。但是有些科學家卻認為,植物的“智商”可能被過于低估了,它們不僅能夠計算,有遠見,而且記得曾經(jīng)歷的事情。

與“外家”爭奪資源

在植物界,普遍存在“非親不認”的觀念。科學家發(fā)現(xiàn),植物與其他不同種的植物遭遇時,相互間的競爭往往更激烈。當植物發(fā)現(xiàn)周圍的“鄰居”與它們沒有共同遺傳體系時,便會投入更多精力,發(fā)展:壯大自己——加快促進根部生長,與“外家”的暗中爭奪地下資源。這個現(xiàn)象讓科學家感到好奇,這些植物是靠什么來辨認親戚的呢?

有科學家認為,每個植物家族特有的蛋白質(zhì)或化學信號,可能被分泌在周圍土壤中,并被其他植物的根系發(fā)現(xiàn)。也就是說,植物可能有一套感知同種類植物蛋白質(zhì)或化學信號的體系,如果它的根與其他植物的根系緊密地靠在一起,它就會分辨出對方是否與自己是同一種類。

向競爭對手“投毒”

對于強有力的競爭對手,植物會使用“惡毒”的手段,將對手排擠走,甚至殺死對手。

在俄羅斯境內(nèi),有一種高大的歐洲云杉,喜暖,與其共同生活在烏拉爾地區(qū)還有另外一種云杉,叫做西伯利亞云杉,這種云杉矮小,耐寒。但是,歐洲云杉對西伯利亞云杉沒有采取包容的策略,而是悄悄奪取后者的養(yǎng)分,讓對手“斷炊”,這樣,千年過去后,西伯利亞云杉就被歐洲云杉趕出了自己的領(lǐng)地,被迫向寒冷的烏拉爾山脈高處撤退。

有的植物做事更絕,向競爭對手暗中“投毒”,非得要了對方的性命不可。在美國西南部的平原上,生長著一種山艾樹,它十分霸道,在它生長的地盤上,從不允許任何植物生存,連一根雜草也不放過。在這些地方,放眼望去,除了山艾樹和它的表親“肉葉刺莖藜”,再沒有別的植物。

植物學家研究發(fā)現(xiàn),山艾樹對付競爭對手是靠分泌出一種有毒物質(zhì),給生長在它的勢力范圍之內(nèi)的其他植物“投毒”,這樣就達到了獨霸一方的目的。

主動尋求“益友”

植物把根伸入地下,吸收養(yǎng)分和水分。為了能夠更加茁壯地成長,有些植物還會從事一些“社交活動”。如地下有許多細菌都來想占它們的便宜,但并不會給它們帶來什么好處,對于這種沒有什么用的朋友,植物就會大門緊閉,拒之于千里之外;但對于對自己發(fā)展有益的細菌朋友,它們不但會四門大開,熱情擁抱,還會主動前去巴結(jié)呢。

如豆科植物就會主動巴結(jié)對自己生長有益的根瘤菌。科學家發(fā)現(xiàn),根瘤菌是生長在豆科植物根部的像瘤子一樣的菌塊,與豆科植物共生。它能吸收并固定大氣中的氨,以此給植物提供肥料,同時吸收植物中的碳水化合物作為自身的營養(yǎng)。但周圍的細菌千千萬,豆科植物又如何巴結(jié)它們呢?科學家通過實驗發(fā)現(xiàn),根瘤菌含有一種名為“Nod因子”的信號分子,讓豆科植物非常著迷,它們的根部只要遇到這種分子,馬上會主動上前巴結(jié),與其結(jié)為“盟友”,從而為其所用。 科學家正在研究,希望盡快讓谷類作物也能借鑒這種“巴結(jié)術(shù)”。

比“鄰居”長得更快

高腳棕櫚樹的莖長在支持根上,舉出地面。當周圍植物妨礙采光和吸收養(yǎng)料時,它會采取非常明顯的規(guī)避行為——它向有陽光的一側(cè)長出新的支持根,陰影中的根系則漸漸凋萎,整株植物就移到了陽光充足的地帶。

植物學家發(fā)現(xiàn),植物一旦“發(fā)現(xiàn)”附近生長著其他植物,便生長得比它們的“鄰居”更快,或者它們形成一種折中的生長模式,來對付相互沖突的各種信號。這時候,它們看上去就像聰明、復雜的決策者。

“培訓”螞蟻當保鏢

螞蟻為植物趕走害蟲,植物用蜜汁作為酬謝,這是自然界常見的情景。科學家發(fā)現(xiàn),這種互惠關(guān)系的實質(zhì)可能并不是看起來那么簡單。他們發(fā)現(xiàn),螞蟻喝下蜜汁后,會對動物蛋白產(chǎn)生渴望,從而變成貪婪的昆蟲獵食者。也就是說,植物“培訓”螞蟻充當自己的保鏢,而不僅僅是用報酬來“雇用”他們。

亞利桑那州的沙漠中生活著一種仙人掌,它的蜜汁能吸引4種螞蟻?？茖W家在仙人掌下面放上肉和糖為誘餌,觀察螞蟻的活動,同時在附近不產(chǎn)生蜜汁的植物下面也放上誘餌。結(jié)果發(fā)現(xiàn),仙人掌附近的螞蟻更喜歡吃肉,不管是哪一種螞蟻。

研究人員將實驗室里培養(yǎng)的毛蟲放在仙人掌上。結(jié)果,攻擊毛蟲最兇的螞蟻正是那些對肉表現(xiàn)出最強烈興趣的螞蟻。隨后,研究人員結(jié)合螞蟻的數(shù)目和攻擊毛蟲的兇猛程度,來衡量一棵植物上的螞蟻對昆蟲的威脅性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這棵植物上的“螞蟻軍團”威力越強,植食性昆蟲就越少,植物的蜜汁使螞蟻變成了能力更強的“保鏢”。

植物的學習與記憶

有人說:世上沒有兩片相同的葉子。的確,每株植物都是一個個體,沒有兩粒種子會長成完全相同的植株,即使它們具有相同基因,或生長在看上去完全相同的環(huán)境里。植物能對15種以上的感官信號作出反應,比如光、化學物質(zhì)、水、重力、土壤質(zhì)地、損害等,并對這些信號加以綜合和比較,從而調(diào)整自己的生長狀態(tài)。

科學家發(fā)現(xiàn),植物的信號系統(tǒng)和動物的神經(jīng)系統(tǒng)非常相似。植物利用細胞膜之間的電壓變化把電子信號從一個細胞傳遞到另一個細胞,類似于我們神經(jīng)中傳遞的行為電壓。正如我們有痛覺神經(jīng)一樣,這些電壓可以報告植物哪個部分受到了傷害。在植物細胞內(nèi)外,傳遞植物和動物進行學習和記憶的分子基礎也是相似的。當動物受到重復威脅——例如某種使它們吃了就生病的食物或者它們不斷碰觸的電網(wǎng),它們學會更迅速地避開時,電子信號的速度和強度都會在幾分鐘內(nèi)提高。如果威脅一直持續(xù),這種強化的警醒將導致基因編碼和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)永久改變,在細胞間建立更多通道和連接。

植物如果感覺到缺水,那么,與動物類似的信號細胞會命令植物建立更多感覺渠道,關(guān)閉氣孔,并采取其他控制細胞內(nèi)水分流失的措施。長期如此,植物的基因表現(xiàn)形式和蛋白質(zhì)合成率就會改變,細胞壁變厚,葉子變小。最終,這種植物將長出更多的根,而芽和葉將減少。

靠乙烯傳送信息

科學家一直力圖弄明白,以刺槐葉為食的非洲羚羊,為什么會死在樹旁?？茖W家在對死亡動物的尸體解剖中發(fā)現(xiàn),由于丹寧含量很高,它們的胃里有大量不消化的樹葉。

有關(guān)這個問題的實驗仍在進行。有人帶了一組學生,拿著棍子敲打刺槐的樹枝,敲碎樹葉,每隔一刻鐘對樹葉進行一次分析,他們發(fā)現(xiàn)丹寧的數(shù)量有規(guī)律地增加。在遭受了兩個小時的虐待后,丹寧的含量達到了起初的2.5倍。遭到襲擊后的100個小時,剌槐樹葉里的丹寧比率才恢復正常。于是,研究人員又重新開始實驗,赦免了幾棵樹。這些樹位于一棵挨揍的樹半徑3米的范圍內(nèi),它們產(chǎn)生的丹寧也都增加了。這說明樹木之間必然通過傳播媒介存在某種聯(lián)絡。

科學家認為,植物間的聯(lián)絡是通過一種十分簡單的氣體,這種氣體分子只包含2個碳原子乙烯(分子式C2H4)。這是一種氣體荷爾蒙,從一棵植物散發(fā)出來,對鄰近植物產(chǎn)生影響。我們都知道,乙烯在水果成熟過程中發(fā)揮著作用,因為蘋果在成熟時大量散發(fā)的乙烯居然會加快附近的綠香蕉變黃的速度。

乙烯能加快水果的成熟,促進葉子產(chǎn)生丹寧。我們確定乙烯為一種聯(lián)絡的媒介,它至少起了傳送信號的作用。

植物是很有經(jīng)驗的化學家,它們不但運用乙烯,還利用其他的氣體來傳播信息。我們現(xiàn)在知道,受毛毛蟲攻擊的玉米植株會散發(fā)出雞尾酒的氣味,吸引胡蜂來消滅毛毛蟲。當卷心菜遭到有名的菜粉蝶啃咬時,也有類似的戰(zhàn)略:它們發(fā)出一種能吸引小胡蜂的氣味。于是,胡蜂在粉蝶的幼蟲中產(chǎn)卵,將部分幼蟲消滅。

摘自《科學大眾》