植物不为人知的才能

法科学咖啡馆音流瑜伽研究

2024-09-02

捕蝇草

植物不为人知的才能

作者：[法] 科学咖啡馆

译者：王烈

植物和动物的真正区别在哪里？花几分钟好好想想。植物不会动？对自己和周围没有意识？不能交流？没有任何形式的智能？如果你想到的是这些，那真的差矣！不过请放心，我们并不想革新生物的分类方式。从进化树上看，植物早在 10 亿年前就与其他生物分开了。所有植物，包括海藻一类，都能自己以光和无机物（二氧化碳、水）来生产有机物作为养料，这依靠的是一项不可思议的“发明”——光合作用。总之，植物因为细胞里含有特殊的色素（叶绿素）而能够捕捉光能，并将其转换成化学能。其他生物，除了某些细菌外，都无法自己做到这一点！另外，与动物细胞不同，植物细胞有坚实的细胞壁，并且以淀粉而非糖原的形式来储存能量。尽管有这些不同，我们与植物之间还是有很多相似点，植物也是复杂的有机体。在人们的印象中，植物通常被当成“物体”，默默地、被动地活着。这真是大错特错了，下文就要讲讲植物都有哪些秘密的本领！

动作

植物的第一个本领——动作。大家都知道，初开的向日葵在一天中会跟着太阳旋转。含羞草也会动，而且更加神奇，叶子一被碰到就会收起来。捕蝇草的叶子能在几秒之内收起来捉住猎物。另一个不太为人知道的例子是跳舞草，它侧向的小叶子能围绕底部做快速的椭圆运动，好像在跳舞一样，令人称奇！

是不是只有这些特殊的植物才会动呢？如果拍摄植物几小时，再把录像快放，那么我们会发现其实所有植物都会动，而且动作还不止一点点！有些变化可以复原，比如水进入细胞引起的肿胀，含羞草和捕蝇草都是靠这个动起来的。再比如有些花白天开放、夜晚闭合，有些花则节奏相反，但都是为了适应传粉者的习性，以及光线和温度的变化。这真能做出花的时钟了！有些动作则不可复原，比如生长的动力会让植物朝着光源等特定方向移动，需要时还可以扭曲而改变方向，由此产生的动作令人啧啧称奇。攀援植物或寄生植物会探索周围的环境，寻找支撑或宿主。它们在空中大幅度地荡来荡去，一旦找到目标就缠绕其上。你还需要其他例子？看一看根在土壤中生长的延时摄影，感觉就像一只蚯蚓在拱土一样！

其实，我们能不能感到植物在动，这只是个速度问题。人类有个坏习惯，感觉不到的现象，或者速度不适合观察的现象，我们就不予理会了。植物找到了许多方法传播花粉或种子。当然，就算植物会动，它们也不会挪地方，至少不会自己主动挪地方。除了几个特例之外，沙漠地区的某些小灌木会离地而起，让风吹着自己滚动。

感觉

从进化角度看，不能移动就意味着不能躲避危险的捕食者。如果说，植物这么多年都没有发展出应对环境的方法，那也太奇怪了。所以事实上，植物对环境非常敏感！它们的感知能力正如我们的“五感”：探测飘散或固定的化学分子（嗅觉和味觉），探测与食草动物及授粉者的接触（触觉），根据不同波长感知光影（视觉），感知机械振动和声音（听觉）。另外，苔藓、草和树还能感知湿度、重力、磁场，甚至还有自身的形状和空间位置（本体感受）。

收到这些感觉信号后，植物会做出什么反应呢？植物的某些物理刺激机制很明确。比如，当拟南芥感觉到捕食者在嚼它的叶子而引起的振动时，就会产生花青苷类物质来自我防御，叶子的味道变得难以下咽，捕食者只好乖乖走远……最令人称奇的是，拟南芥还能分辨风向，分辨在附近飞舞的昆虫和食草动物嚼食引起的振动，因为并不是所有振动都需要启动防御机制。

其他机制理解起来就没那么容易了，比如植物对声音的反应。2012年的一项研究表明，如果把玉米的嫩根暴露在频率 200 赫兹的低音中，玉米就会朝着声源生长。这是否表示它们有朝着地下水流生长的倾向？我们还不知道。

跳舞草在受到音乐的刺激时也会动。它是怎么听到音乐的？这还是个谜。跳舞能给跳舞草带来什么好处？我们也还不知道。

沟通

植物能感知外部信号，也能自己产生信号。它们能与同类及其他动植物沟通，而且，植物其实很爱聊天。这种沟通有利于抵御捕食者，方便昆虫传粉（见“瓶中的世界 ”），还能促进基因相似的植物，也就是“一家人”的合作。我们把某一种植物的种子放在盆里，让它们发芽。如果种子来自不同的植株，幼苗会互相竞争，抢占空间；如果种子来自同一植株或基因相近的植株，幼苗则会互相合作，分享空间。幼苗之间互相辨识的机制还没有完全被研究清楚。但要彼此“相认”，幼苗肯定要以某种方式沟通。

植物通常依靠化学信息沟通，但也会利用接触和光线，甚至声音和磁场。这个话题太宽泛，这里仅举几例。

20世纪 80年代初，在南非的德兰士瓦省，刺槐导致了上千头扭角林羚的死亡。这种羚羊被关在狩猎区内，大多以刺槐叶为食。这导致了刺槐的一系列反应。最后，刺槐全株激发了一种化学防御机制，产生了能扰乱羚羊消化功能的单宁。扭角林羚食叶越多，导致刺槐产生的单宁含量越高，最终竟让羚羊死去。这真是一场大屠杀啊！但最令人惊奇的是，被攻击的刺槐还能通过挥发性物质乙烯向周围的刺槐发出警报。于是，下风方向的刺槐的单宁含量也增高了，使扭角林羚无法食用其叶。

再举一个例子。棉豆在被蜱螨目寄生虫攻击时，会向捕食这种寄生虫的肉食类蜱螨发出化学信号，后者收到信号之后，就会来植物上饱餐一顿，也为植物解了围。

此外，豌豆则可通过神秘的“地下信使”在根之间沟通。比如，假如有人在豌豆根的附近注入甘露醇人工造成干旱，当一株豌豆受到干旱的威胁时，其叶上的气孔就会关闭，避免水分流失。同时，周围没有打过甘露醇的植株会收到信息，也关闭了气孔，哪怕它们并没有感觉到干旱。这样一来，如果真的出现干旱，豌豆就形成了自救。这种地下通信可能依靠声音，因为在这些植株之间未检测到任何化学信号。

其他发现也暗示植物能用声音沟通。上文说过，植物能感知声音。长期以来，人们认为植物不发声，但事实上，它们可以发出好几种声音—— 当然不是它们有意识发出的。大部分声音是由植物内部的液体流动引起的。现在人们已经知道，玉米的根能发出“叮叮咚咚”的声音，这应该是其生长时细胞壁爆裂所致。在现阶段，我们只能对此现象提出一些假说。这可能是根之间的一种沟通方式，比化学通信更节能，速度也更快。

所有沟通形式只揭示了植物与其他生物之间复杂关系的一小部分。植物扮演着诸多角色，如果只把植物当成食物链底端的简单食材，那就太小看它们了。

智能？

直到今天，如果有人说植物有智能，也会引来质疑和嘲笑。在科学界，这是一个颇有争议的话题。“智能”这个词一般只用于人类和脊椎动物等所谓的“高级”动物。

智能到底是什么呢？要给智能下个定义可不容易。植物对环境和自身状态极为敏感，能够处理接收的信息，并综合起来做出反应；它们能够分辨同族的成员，选择竞争或合作；它们还能根据感受到的刺激做出合适的回应，比如，根据外部条件决定是否加速生长，或者向某一特定方向生长等。

有些植物还会存储信息，以备后用。它们是怎么做到的尚不清楚。这可能是通过分子完成的，带有表观遗传标记的 DNA（脱氧核糖核酸）可能是其中一种形式（见“被咬也会得癌症 ”）。例如，捕蝇草仅在叶片第二次被触动时才会关闭，这样就不会在被无生命物体触动时也要关闭，从而避免了浪费能量。为了做到这一点，捕蝇草应该在某处存有第一次被触动的信息。

植物的这些本领一般被认为是智慧生物才有的，那么，植物为什么不能算有智能呢？当然，这指的是初级智能和自我意识，并不是说植物能认出镜中的自己！奇怪的是，我们在说起机器人时倒更容易接受人工智能的概念，却不愿意承认地球上在我们身边默默进化了几百万年的生物也具有智能。

没有大脑，没有感觉器官，也能做到这一切？

为什么人类对植物的智能如此不屑一顾呢？人们通常认为，要有智能，首先得有个大脑。但事情并非这么简单。我们再看一下“五感”：发声并不一定用嘴，听声也不一定用耳，闻味更不一定用鼻子。有些昆虫用爪子发声，用触角闻味，而蛇用信子闻味，通过下颌骨的振动听声。大自然发展出许多办法来解决同一个问题！

实际上，植物感知信号、发出信号、处理信息的生理和物理机制与动物和其他生物（真菌、细菌等）有许多相似之处。为了将激素等信号从一处传至另一处，植物身上有许多传送管道，主要分布在韧皮部，这有点像我们的血管系统。电信号也在植物身上传递，就像在我们神经系统里发生的一样。某些含有信息的分子被小囊从一个细胞运到另一个细胞，就像人类的神经递质在神经元接合点——神经突触里传输一样。最后，植物细胞的运动（也许还有振动和声音的产生）都受控于可收缩蛋白，与我们肌肉里的肌动蛋白和肌凝蛋白一样。当然，植物中有些秘密尚未得到解释，相似性研究依然不可靠。

与大部分动物不同，植物的某项功能并不一定集中于某个特定的重要器官。切除植物的一部分通常不会导致其整体的死亡，也不会引起其他严重问题。植物的关键生命功能分散在不同组织中，而叶和根之类的部分在损坏或被吃掉后，还可以再生。用扦插法繁殖植物的园艺师对此再熟悉不过！

植物在解读并利用信息时，并没有一个器官来指挥它的行为。根据某些研究者的说法，植物的某一部分可能在信号的解读中起着特殊作用。这一部分就是根部尖端的过渡区，在细胞延长区和分生区之间。这三层之下是根冠，它保护根部并收集土壤及其组成的信息。有研究人员认为，来自根冠的信息可能在过渡区被解读，然后被转译为指令，发给负责根部生长的另外两个区。过渡区电活动活跃，消耗大量氧气。

我们习惯了只看植物在地上的部分，其实植物有许多事情都是在地下进行的！

想法有创意，但也不新鲜

这些想法其实并不是今天才冒出来的。你们猜猜，是谁第一个提出植物的行为和蠕虫之类的“低等”动物有相似之处？又是谁说，植物能整合收到的信息以指导恰当行为，并提出了“根—脑理论”？对，就是他，不知疲倦的查尔斯·达尔文。他一生中花了许多时间研究植物，并和其子弗朗西斯一起出版了《植物运动的力量》一书。弗朗西斯后来成为植物生理学的先锋之一。用达尔文的话说：“侧根能指挥周围部分的运动，说它像低等动物的大脑并不夸张。这个‘大脑’在身体前端，通过感觉器官感受，指挥所有动作。”

之后在 1878 年，实验医学的创始人克洛德·贝尔纳在含羞草身上试验了一种小鼠麻醉剂，发现含羞草对触碰也无反应了。正如贝尔纳在《动植物共有的生命现象课程》中所写，这显示出植物的行为与动物非常相似。

最后在 1900 年左右，一位印度生物物理学家贾格迪什· 钱德拉·博斯提出，植物会根据所受的刺激改变行为。他关于植物内部会产生电信号的想法直到 1992 年才被重新提起：一项研究表明，受伤的西红柿植株会在远离伤口的部位产生某种蛋白质；但这一反应太快了，信息不可能是通过化学信号传递的，只有电信号才能如此迅速地将信息从植物的一部分传到另一部分。然而，还没有人能重复、确定地记录到这种电信号。

摒弃植物：缘何看不起它们？

有些发现要经过很长时间——甚至一个世纪才被接受。为什么呢？因为大家都知道，科学是人创造的，而人会犯错，会有偏见。这和历史背景、文化和宗教信仰都有关。

偏见由来已久。《圣经》里的诺亚方舟都没有给植物留地方……人们甚至都不考虑植物是不是生物这个问题。西方思想始祖之一的亚里士多德（公元前 4 世纪）在其生命等级划分中，只将植物排得比矿物高一级。虽然与他同时代的人也有其他观点，但是亚里士多德的看法还是在人类文化中留下了更持久的痕迹。正如上文提到的，在 1800 至 1900年间出现了一些植物生理学的先锋理念，但那时的文化氛围并不利于这些想法发展——达尔文因为进化论已经遭遇足够多的麻烦了。

20 世纪 70 年代，两位神秘哲学的信徒写了一本神秘主义的书，名为《植物的秘密生活》。但这本书的出版对于植物学研究毫无裨益。此后，科学家甚至因为害怕有人把自己和热衷此书的嬉皮士混为一谈，就算有结果表明植物具备惊人的能力，他们也缄口不言。

到了 21 世纪初，植物学家安东尼·特里瓦弗斯在诺贝尔医学奖得主芭芭拉·麦克林托克所做的玉米遗传学工作的启发下，提出植物也有智能的理论。他的论文发表后，才有几个研究者开始关心这个主题。

2005年，“植物神经生物学协会”（Plant Neurobiology Society）诞生，却遭到激烈的批评，在科学界引起了冲突。2007 年，36 位研究人员联合署名了一篇文章，严厉抨击了此协会的科研成果和活动。10 年之后，此协会改名为“植物信号和行为协会”（Society of Plant Signaling and Behavior），某些在当年那篇抨击文章上签名的人甚至也开始参加会议。禁忌破除了一点点……最重要的是，研究人员能够清楚阐述一些问题了。从来没有科学家说过，植物有大脑、神经系统或神经元。这只是比喻和类比，有时略显牵强罢了。

结论

显然，植物不是动物，但自然中本没有截然分开的界限，是人类设立了这些分界。生存机制把生物界集合起来，而不是将其分开。智能是人类、细菌和植物都有的生命特征！所谓不同，更多也是量的不同，而不是质的不同。是时候以新眼光去看待植物了，毕竟这些不可思议的生物与我们共处一个世界，占据这个星球生物质的 99%。

本文摘录自《科学也反常：“科学咖啡馆”怪谈》作者：[法] 科学咖啡馆译者：王烈

为什么恐龙会灭绝？（附：“恐龙”一词出现的时间 ▎恐龙和人类曾经同过时代吗？▎恐龙的寿命一般是多久？┅）

植物为师

有意识的植物（《植物知道生命的答案》节选）

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明师教言：植物和动物，像人一样具有个别的灵魂

明师教言：每一粒谷子、每一颗植物都含有生命

明师教言：绝对意义上的“不杀生”是不存在的

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发现的乐趣