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(yuǎn)見,你肯定認(rèn)為是在諷刺你。但是有些科學(xué)家卻認(rèn)為,植物的“智商”可能被過于低估了,它們不僅能夠計算,有遠(yuǎn)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(rèn)”的觀念?？茖W(xué)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(dāng)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(jìn)根部生長,與“外家”的暗中爭奪地下資源。這個現(xiàn)象讓科學(xué)家感到好奇,這些植物是靠什么來辨認(rèn)親戚的呢?

有科學(xué)家認(rèn)為,每個植物家族特有的蛋白質(zhì)或化學(xué)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(xué)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(qiáng)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(xué)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(dá)到了獨(dú)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(xì)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(xì)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?？茖W(xué)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(xì)菌千千萬,豆科植物又如何巴結(jié)它們呢?科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)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(xué)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(dāng)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(xué)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(fù)雜的決策者。

“培訓(xùn)”螞蟻當(dāng)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(xué)家發(fā)現(xiàn),這種互惠關(guān)系的實(shí)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(xùn)”螞蟻充當(dāng)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。科學(xué)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(tuán)”威力越強(qiáng),植食性昆蟲就越少,植物的蜜汁使螞蟻?zhàn)兂闪四芰Ω鼜?qiáng)的“保鏢”。

植物的學(xué)習(xí)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(yīng),比如光、化學(xué)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(xué)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(xì)胞膜之間的電壓變化把電子信號從一個細(xì)胞傳遞到另一個細(xì)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(xì)胞內(nèi)外,傳遞植物和動物進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶的分子基礎(chǔ)也是相似的。當(dāng)動物受到重復(fù)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(xué)會更迅速地避開時,電子信號的速度和強(qiáng)度都會在幾分鐘內(nèi)提高。如果威脅一直持續(xù),這種強(qiáng)化的警醒將導(dǎo)致基因編碼和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)永久改變,在細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xué)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。科學(xué)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(shí)驗(yàn)仍在進(jìn)行。有人帶了一組學(xué)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(jìn)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(dá)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(fù)正常。于是,研究人員又重新開始實(shí)驗(yàn),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(luò)。

科學(xué)家認(rèn)為,植物間的聯(lián)絡(luò)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?yàn)樘O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(jìn)葉子產(chǎn)生丹寧。我們確定乙烯為一種聯(lián)絡(luò)的媒介,它至少起了傳送信號的作用。

植物是很有經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)家,它們不但運(yùn)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(dāng)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(xué)大眾》