巴西鸢尾像是为了庆祝初夏一样，双双开放了。
大概是来自异域的关系，巴西鸢尾叶如利剑般凌厉，花是既温柔又热情，还带着淡淡的香味，十分具有观赏性。
可是，花并不是为了我们的快乐而进化的。
它们的目的是确保种子的产生，人类只是意外的受益者。
科学家辛格从基因的角度，告诉我们开花的科学。这里有三本新书，《花儿什么都知道》，送给阳光植物志的五位读者。
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《花儿什么都知道》的作者玛克辛·辛格，是美国著名生物化学家兼遗传学家，担任魏茨曼科学研究所国际董事会终身董事，1957年耶律大学博士毕业之后，一直致力于尖端科学——基因科学的研究，五十多年来，辛格深耕的科研领域涵盖了细菌、病毒、动物基因和植物基因。
本书以严谨的科学家视角，为我们介绍了目前为止我们所知的有关开花的基因科学——深埋在地下的植物如何知道什么时候开花？
植物如何装饰花朵、吸引传粉者，传递种种与开花有关的指令？
它们又是怎样制造出各种形状、颜色、气味不同的花朵？
…… ……
关于花的“十万个为什么”，这一本，就够了。
开花，是植物成熟的标志。从生物学角度来讲，花就是植物的生殖器。像动物的性生活一样，植物的生命活动也是一个循环，“开花”是许多植物生殖周期中至关重要的一个环节。记得中学生物课本上讲过，花的核心部分是雄蕊和心皮（雌蕊），是产生下一代的器官。生物学家林奈曾十分有趣地把盛放花粉的雄蕊称为“丈夫”，把含有卵子的“心皮”称为“妻子”，把花朵本身称为“床”。植物生长的使命就是确保种子的生产和进化，开花之后，就要及时完成孕育下一代的工程。它们会通过风，或者通过花蜜吸引昆虫和鸟类来帮助它们散布花粉，当昆虫和鸟类取食花蜜时，身体碰到花的花丝，就会带走或碰掉上面的花粉，继而又随机将其涂在同一株植物或者其他植物的柱头上，从而帮助植物完成受精的动作。
不管是人类还是其他动物，都需要在性成熟之后才能繁衍后代。植物也一样，在长出花和种子之前，也需要达到性成熟，但仅仅性成熟还不足以确保植物繁殖成功，还要控制好花开的时机。因为，如果花在传粉动物准备好采集花蜜之前就开了花，就会破坏花与昆虫、鸟类之间重要的共生关系。成花素基因，是造花之路尽头的终极宝藏。激活成花素基因，需要三个条件——成熟度、温度和光。成熟度是植物的内在信号，光和温度是环境诱因，三者缺一不可。
01
成熟度
基因和植物细胞内的各种生化反应都能确保植物只有在成熟之后才能繁殖。如果植物不太成熟，不能繁殖，环境诱因就不太可能促成花开。
一年生植物是否成熟，生物学家通常用叶片数量作为可靠的判断指标，这是因为植物需要一定数量的叶片来提供制造花所需要的能量和材料。但这种数值并不能适用于所有植物，比如拟南芥长出十几片叶子就可以开花，百合长出25片叶子之后还不够成熟不能开花，而那些路边常见的杨树需要7年或者10年才能达到成熟，“十年树木”大概就因此而来吧。
胡杨，靠种子传播，种子一年成熟，生苗需要2~3年，图片来自网络
对于“植物成熟的过程”的研究，科学家们的实验才刚刚开始。他们发现一种叫海藻糖的糖会随着新植物的生长开始在叶片和分生组织中积累，也许是这种营养物质的积累促成了植物的成熟；而由RNA基因编码的RAN小分子的出现，也许是多年生植物成熟的一个标志。除此之外，某些植物激素也会影响植物的成熟和开花的能力。正如雌激素、睾酮对动物的影响，对植物开花起重要作用的是生长素和赤霉素。赤霉素可以间接作用于花开时间，因为它能提升一种叫PIF4的蛋白质的数量，这种蛋白质接下来又能结合在成花素基因附近并激活它。并且，如果赤霉素能够刺激植物制造足够多的“多叶”蛋白，那么，植物即使在没有成花素基因的情况下也可以开花，比如在秋冬开放的菊花。
《甄嬛传》里被偏爱的菊花
一旦植物成熟到了能够开花的程度，环境因素就会连同大量的基因一起运作，以保证开花过程的真正完成。
即使气温只比正常情况高出两度，也能刺激植物在预计开花期的前几天开花。今年的洛阳牡丹花会就遇到这个问题。因为气温比预期高几度，花会还没开始，道路两边的牡丹花就全都盛开了，园艺工作者们只好提前用罩棚把培育在公园里牡丹花罩了起来，并在棚内放置干冰，以达到降温控制花期的效果。
还有很多像丁香这样的多年生植物，只有经历过寒冷的冬天，到春天才能开花。很多一年生植物也是如此，例如冬小麦。秋天种植冬小麦，之后冬小麦会一直处于休眠状态，直到寒冷漫长的冬季结束。冬天的天气对开花的影响有一个专有名词——春化现象。关于温度对植物开花的影响，从科学家对拟南芥的研究中可以发现，拟南芥有几个相关基因，把其中一个称为M，如果M的活性丧失，花形成的过程中就丧失了对温度的敏感。M基因会根据气温高低产生不同的信使RNA和蛋白质，在每一个温度范围内，从该基因复制出的RNA都会从复制初始的位置移除掉一个不同的内含子。M蛋白的冷形态会使其他开花基因关闭，但暖形态则不会。然而，即便如此，科学家们还是不知道植物一开始是如何感受到周围环境是冷是暖的。植物们更是可以通过进化出新的基因方式，来增加其复杂性和适应性。
植物开花时间上的部分差异是由温度变化引起的，但在一年之中，日照时长和黑暗时长的变化也起到主要作用。科学家们对这一现象的研究已经有一百多年了。植物中有一种叫光敏色素的植物色素，对红光和红外光有反应，还有一种叫隐花色素，对蓝光有反应。这些物质一发挥作用，植物就能感知不同颜色的光，使色素的蛋白质发生微妙的变化，这些变化能向其他相互作用的蛋白质分子发出信号，启动对植物生长和开花有重要影响的反应。不仅如此，科学家们还能够通过研究光照对植物的影响，来帮助植物们认祖归宗。最有名的就是给玉米追溯祖先的研究。玉米是西班牙和葡萄牙的探险家在西半球航行时发现的一种植物，植物学家们认为，玉米的祖先很可能是中美洲的一种类蜀黍，但在做二者的杂交实验时失败了，因为两种植物的开花时间不同。锲而不舍的科学家们后来通过控制温室中的白昼时长，使两种植物同时开花、传粉，果然，杂交成功了。之后，又经过五十多年的研究和激烈争论，植物学家们才最终确认类蜀黍和玉米是同一物种。
▲ 玉米和类蜀黍的植株对比
▲ 从上到下依次为：类蜀黍、玉米与类蜀黍杂交种、玉米。图片：John Doebley / wisc.edu
花惊人的多样性是进化的结果，这些变化促进了开花植物的有效繁殖，而我们人类，是意外的受益者——美丽的花朵不仅激发了世界各地几个世纪以来的艺术和文化。更重要的是，我们和其他动物的食物也依赖于植物的成功传粉——传粉产生种子，种子给我们带来粮食，如玉米、小麦以及其他果蔬。
看一朵花开，看一朵花的美丽，也看花的故事，花的故事也是我们人类的故事。根据科学家们的研究推测，我们和植物的亲缘关系很深，在基本层次上，我们是表亲。在花朵颜色、气味和形状发展的背后，隐藏的是所有基因，而植物作为生物界中基因较为简单的物种，已经为科学家提出了无数谜题。因此，要想在人类的基因上有更深刻的研究，了解植物基因的运作方式显得尤为必要。生物的进化是没有蓝图的。我们想让一切顺其自然，但万物总是纠缠不清。辛格还希望《花儿什么都知道》是一种尝试，尝试吸引更多人对基因研究感兴趣的同时，也可以激励下一代基因研究者能做出更大的贡献。为进一步接近真理，接近事物真正的运作方式，科学家们注定要不停研究，我们也还有很远的路要走。
作者：[美] 玛克辛·辛格
译者：冯康乐
出版品牌：耕雲
出版社：新世界出版社
出版时间：2021年4月
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