植物世界之謎

通常人們都認(rèn)為植物只是靜靜地待在一個(gè)地方，它們不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境做出反應(yīng)，可美國(guó)生態(tài)學(xué)家理查德·卡爾班最近指出，植物雖然不能做長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)，但并非對(duì)環(huán)境沒有反應(yīng)，它們甚至還擁有一些人們一向認(rèn)為只有動(dòng)物才擁有的行為能力。

新的研究發(fā)現(xiàn)，植物在某些方面的行為表現(xiàn)可以說是非常出色的，比如植物能夠釋放化學(xué)物質(zhì)，并利用這些化學(xué)物質(zhì)傳遞信息，進(jìn)行交流，尋求同伴或其他物種如昆蟲的幫助，又如植物能主動(dòng)探索尋覓它們所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，甚至在彼此之間發(fā)生爭(zhēng)奪食物等資源的戰(zhàn)爭(zhēng)，等等。

植物真的不運(yùn)動(dòng)嗎?

有關(guān)植物行為研究的一大疑問是：植物不能運(yùn)動(dòng)，那么它們是如何表現(xiàn)出行為來的呢?對(duì)這個(gè)問題，一些植物學(xué)家的回答是：植物其實(shí)會(huì)運(yùn)動(dòng)。

植物學(xué)家德莫拉埃斯在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)捕食植物進(jìn)行了多年的研究。眾所周知，一些捕食植物能像動(dòng)物一樣將獵物緊緊纏繞，撕成碎片，然后吸食其營(yíng)養(yǎng)。在最近幾年里，德莫拉埃斯和她的同事們發(fā)現(xiàn)，捕食植物能根據(jù)氣味追蹤獵物，有時(shí)還會(huì)像動(dòng)物那樣表現(xiàn)出調(diào)皮甚至惡作劇的行為。

寄生植物菟絲子是一種捕食植物。德莫拉埃斯等人觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)菟絲子的觸須向周圍緩緩伸展時(shí)，會(huì)有選擇地繞開其他莖干去纏繞纖細(xì)的植物莖桿。慢鏡頭攝影顯示，生長(zhǎng)中的菟絲子的幼芽會(huì)呈現(xiàn)一種“回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)”，在幾小時(shí)或幾天的時(shí)間里，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的“生長(zhǎng)錐”就像探照燈那樣不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。

植物學(xué)家指出，一些植物在捕食時(shí)確實(shí)在運(yùn)動(dòng)，特別是那些捕食動(dòng)物的植物。當(dāng)一只不幸的小蟲落入捕蠅草大張著的口中時(shí)，捕蠅草的刺針就會(huì)輕輕推合起來。顯然，植物并非人們想象的那樣完全靜止不動(dòng)，一些植物在捕捉獵物時(shí)有著非常了不起的速度。

植物會(huì)發(fā)出求救信號(hào)嗎?

研究發(fā)現(xiàn)，植物能夠感知危險(xiǎn)，一些植物在“大難臨頭”時(shí)甚至還會(huì)發(fā)出求救信號(hào)。當(dāng)然，能夠前來救它們的不是附近的植物同伴，而是一些昆蟲。植物學(xué)家卡爾班在2008年的一個(gè)報(bào)告中指出，植物擁有進(jìn)行信息交流的本領(lǐng)。

當(dāng)毛蟲類昆蟲啃噬植物的葉片或莖桿時(shí)，受到攻擊的植物就會(huì)釋放出一些揮發(fā)性化合物并在空氣中散布。比如玉米在被毛蟲啃咬莖桿后，會(huì)立即釋放出一種成分復(fù)雜的揮發(fā)性化學(xué)混合物。

這些化學(xué)混合物中可包含多種不同的信息。比如某些植物在“忍受”研究人員摘取它們?nèi)~片的“侮辱”行為時(shí)，會(huì)釋放某種揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，但這些化學(xué)物質(zhì)的氣味與被毛蟲啃噬時(shí)釋放的化學(xué)物質(zhì)絕不相同。

讓人驚喜的是，某些以其他昆蟲為食的昆蟲對(duì)植物向空氣中散布的這類信息非常敏感，它們會(huì)聞香而動(dòng)，向受到攻擊的植物蜂擁而來，將那些攻擊植物者當(dāng)作它們的美餐。研究發(fā)現(xiàn)，這些像戰(zhàn)時(shí)流動(dòng)救護(hù)車一樣的捕食昆蟲對(duì)于它們的“救護(hù)”對(duì)象是有所選擇的，它們會(huì)對(duì)氣味信息進(jìn)行鑒別，優(yōu)先選擇飛向那些它們喜歡吃的害蟲所在之處，而對(duì)那些不對(duì)它們口味的害蟲，即使害蟲正在攻擊植物，即使植物頻頻發(fā)出求救信號(hào)，它們也不會(huì)予以理睬。比如，黃蜂喜歡將卵產(chǎn)在年幼毛蟲的體內(nèi)，因此它們只對(duì)年幼毛蟲感興趣，而對(duì)于受到成年毛蟲滋擾的植物發(fā)出的信號(hào)它們根本就置若罔聞。

附近的植物植株也能“聽”到周圍同伴的求救信號(hào)，雖然它們幫不上同伴的忙，但也會(huì)做出某種行為反應(yīng)，比如啟動(dòng)它們自己的抵御機(jī)制。

卡爾班用“信息交流”一詞來描述植物釋放化學(xué)物質(zhì)的行為?！靶畔⒔涣鳌钡膰?yán)格定義是：信息發(fā)出者和信息接收者同樣都能從這種信息交流中獲益。即使按照如此嚴(yán)格的定義，植物釋放化學(xué)物質(zhì)的行為也仍然稱得上是一種“信息交流”行為，因?yàn)樗_實(shí)是同時(shí)有利于雙方的：植物因昆蟲的及時(shí)“救援”而免受傷害，昆蟲因植物釋放的化學(xué)物質(zhì)而獲得食物來源的信息，可謂皆大歡喜。

科學(xué)家目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了1700多種由植物發(fā)出的揮發(fā)性化合物。對(duì)于無法移動(dòng)身體逃避傷害，又沒有嘴用來呼救的植物來說，釋放化學(xué)物質(zhì)的確是一種非常聰明的傳遞信息的策略?；ǘ浒l(fā)出的吸引傳粉媒介的各種香味也屬這類化學(xué)物質(zhì)。植物在感受到壓力時(shí)也會(huì)釋放出某些化學(xué)氣味，相當(dāng)于準(zhǔn)備發(fā)起抵抗的“戰(zhàn)斗口號(hào)”。有的氣味是給鄰近的植物同伴發(fā)出的示警信號(hào)，促使它們快快啟動(dòng)各自的防御機(jī)制，有的氣味則用來“召喚”某些捕食昆蟲，幫助它們消滅敵人破解困厄。

植物會(huì)捕獵覓食嗎?

我們經(jīng)常在電視節(jié)目里看到獵豹快速奔跑捕獵羚羊的鏡頭，但我們所不知的是，在奔跑的獵豹的腳下，植物也在進(jìn)行著一種別開生面的捕獵，只是所采取的捕獵方式不同而已。

植物獵食的最基本方式是盡可能地將根系向外延伸。植物學(xué)家數(shù)十年來的研究已經(jīng)證明，植物根系生長(zhǎng)是很講究策略的，它們會(huì)向著營(yíng)養(yǎng)豐富的方向擴(kuò)展，并且會(huì)盡量避開貧脊的土壤。

植物甚至還會(huì)采用類似獵豹的“突襲戰(zhàn)術(shù)”，只不過它們的“武器”不是尖牙利爪，而是化學(xué)物質(zhì)。研究人員利用蠶豆進(jìn)行試驗(yàn)。他們將蠶豆植株放人含磷較少的培養(yǎng)液中，由于蠶豆是一種需要大量含磷營(yíng)養(yǎng)物的植物，于是蠶豆植株立即采取了“行動(dòng)”：釋放出某種化學(xué)物質(zhì)，并在6小時(shí)內(nèi)使培養(yǎng)液的pH值降低了兩個(gè)單位，而pH值的降低可提高植物對(duì)磷的攝取量。蠶豆植株的根系就是這樣以其獨(dú)特的“化學(xué)武器”追蹤并獵取到它們所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

植物行為應(yīng)該具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是“出手”要快，二是收放自如。一些捕食植物就能做到這兩點(diǎn)，比如捕蠅草通過在植物內(nèi)部傳遞某種信號(hào)，可以在一秒鐘內(nèi)將它的“大口”合攏，就像把一本書完全合起來一樣。誤人貍藻科植物(水生食蟲植物)小小花托中的水蚤會(huì)觸動(dòng)植物敏感的觸覺，植物的捕食“陷阱”可在30毫秒內(nèi)迅速張開，使水蚤掉入植物內(nèi)部，最終被消化吸收。

植物之間有“戰(zhàn)爭(zhēng)”嗎?

有證據(jù)表明，植物之間也會(huì)發(fā)生爭(zhēng)奪食物等資源的“戰(zhàn)爭(zhēng)”，并能根據(jù)先前的經(jīng)歷對(duì)外來刺激和侵犯做出反應(yīng)。比如有些植物雖然不像菟絲子那樣擁有超強(qiáng)的獵食能力，但卻擁有爭(zhēng)奪食物的意圖及各種策略。

植物學(xué)家米特倫致力于研究一種叫做“斑點(diǎn)矢車菊”的植物，他的研究成果使得植物除了擁有“化學(xué)突襲戰(zhàn)”的本領(lǐng)之外，又增添加了一種生存策略。

斑點(diǎn)矢車菊原產(chǎn)于歐洲，在那里這種植物只是偶爾出現(xiàn)在其他植物花卉中作為點(diǎn)綴。斑點(diǎn)矢車菊的根系能夠散發(fā)出一種叫做‘兒茶酚”的物質(zhì)，在某些土壤中，兒茶酚能夠提高土壤中的磷含量。

后來，斑點(diǎn)矢車菊被移植到了北美洲。這種曾經(jīng)只作為陪襯的植物，到北美洲后卻大展身手，成為那片陌生土地上的“巧取豪奪者”。它們像毯子一樣覆蓋了一片又一片的山坡，當(dāng)?shù)氐闹参锉粩D得沒有了立足之地。斑點(diǎn)矢車菊在新環(huán)境中得以成功立足并發(fā)展的關(guān)鍵因素就是兒茶酚。斑點(diǎn)矢車菊分泌的兒茶酚不會(huì)給它們的歐洲鄰居們帶來困擾，但卻讓它們的北美洲新鄰居難以忍受。但對(duì)于它們的歐洲鄰居來說，兒茶酚是一種現(xiàn)成的食物助劑，但對(duì)于它們的北美洲新鄰居而言，這種物質(zhì)變成了一種“化學(xué)武器”。

在植物的這場(chǎng)根對(duì)根的“戰(zhàn)爭(zhēng)”中，當(dāng)?shù)刂参镉袝r(shí)也會(huì)發(fā)起“反擊”，它們使用的“武器”也是化學(xué)物質(zhì)。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)斑點(diǎn)矢車菊侵襲周圍環(huán)境時(shí)，一種羽扇豆屬植物和一種天人菊屬植物居然不會(huì)受到任何影響。他們對(duì)這兩種植物進(jìn)行觀察研究，發(fā)現(xiàn)它們的根系會(huì)滲出特別多的草酸鹽，天人菊屬植物分泌的草酸鹽達(dá)到正常水平的4倍，羽扇豆屬植物分泌的草酸鹽甚至達(dá)到正常水平的40倍!草酸鹽可用來抵抗兒茶酚的侵襲作用，它不僅保護(hù)了羽扇豆屬植物和天人菊屬植物本身，連附近生長(zhǎng)的其他當(dāng)?shù)刂参镆驳玫搅讼鄳?yīng)的保護(hù)。

植物能感知痛苦嗎?

對(duì)于這個(gè)問題，科學(xué)家的回答是肯定的。如今科學(xué)家使用儀器進(jìn)行測(cè)量，已經(jīng)獲得了植物能感知壓力和痛苦的確鑿證據(jù)。研究人員用特制的電子鼻“偷聽”受到傷害或遭受攻擊的植物發(fā)出的“低語”，即植物發(fā)出的電化學(xué)信號(hào)。這種電子鼻能否成功分辨植物在感知到各種不同壓力時(shí)發(fā)出的不同信號(hào)，主要取決于植物受到何種害蟲的滋擾，比如電子鼻可以分辨出植物是受到煙草天蛾幼蟲的襲擊還是受到白粉菌的傷害。

研究人員稱，就像戰(zhàn)爭(zhēng)沖突等災(zāi)難會(huì)給動(dòng)物幸存者帶來創(chuàng)傷一樣，無論是以化學(xué)物質(zhì)形式或以其他任何形式，這些災(zāi)難同樣也會(huì)給植物幸存者帶來某些影響和改變。曾經(jīng)受到過昆蟲襲擊的白楊樹葉片，它們?cè)谙乱淮问艿焦魰r(shí)會(huì)以比以前快得多的速度啟動(dòng)其防御機(jī)制，而毫無這類經(jīng)驗(yàn)的“菜鳥”葉片的反應(yīng)則明顯慢得多。卡爾班等人認(rèn)為，植物的這種能力相當(dāng)于動(dòng)物的記憶能力。

植物之間會(huì)“交談”嗎?

研究還發(fā)現(xiàn)，即使是植物間關(guān)于“戰(zhàn)爭(zhēng)即將來臨”而進(jìn)行的“交談”，也會(huì)讓從未有過類似經(jīng)驗(yàn)的葉片有所警惕并做好準(zhǔn)備。比如，當(dāng)研究人員對(duì)一個(gè)葉片發(fā)起“攻擊”時(shí)，由其發(fā)出的“受到攻擊”的化學(xué)信號(hào)就會(huì)飄蕩到鄰近的葉片，并在葉片間流傳開來，就像植物在進(jìn)行交談一樣。之后，當(dāng)研究人員向鄰近葉片發(fā)起“攻擊”時(shí)，它們啟動(dòng)防御機(jī)制的速度明顯要快得多。植物之間進(jìn)行的生物化學(xué)‘交談”確實(shí)有利于它們的生存。

植物學(xué)家德莫拉埃斯指出：當(dāng)受到攻擊傷害的植物發(fā)出示警信號(hào)時(shí)，其周圍的植物可能都在注意“傾聽”，但植物的這種“自言自語”的最大受益者或許不是它的鄰居，而是它本身。最新研究表明，植物能分辨自我與非我。比如山艾樹就能分辨自身發(fā)出的信號(hào)與相鄰山艾樹發(fā)出的信號(hào)之間的不同。而對(duì)于受傷鄰居發(fā)出的化學(xué)信號(hào)，山艾樹甚至還能分辨發(fā)出信號(hào)者是基因相同的同類物種還是別的物種，如果是前者發(fā)出的信號(hào)，它抵御襲擊的反應(yīng)就會(huì)強(qiáng)烈得多。植物擁有識(shí)別自我的能力，這一發(fā)現(xiàn)將開辟植物與動(dòng)物比較研究的一個(gè)新領(lǐng)域。

植物擁有智力嗎?

一些植物學(xué)家甚至借用動(dòng)物界的詞匯來描述植物行為。在植物行為研究中，德莫拉埃斯、米特倫和卡爾班都借用了一些動(dòng)物學(xué)詞匯，而另外一些植物學(xué)家則走得更遠(yuǎn)，比如愛丁堡大學(xué)的特里瓦弗斯甚至使用了“植物智力”一詞。他認(rèn)為，解決問題的能力是對(duì)智力最好的描述，植物既然能夠解決生存中的一些問題，也就應(yīng)該擁有了_一定程度的智力。

前不久，第五屆植物神經(jīng)生物學(xué)年會(huì)在意大利佛羅倫薩舉行，會(huì)上一些植物神經(jīng)學(xué)家甚至開始討論尋找植物“大腦”的話題，在一些論述植物行為的論文中也出現(xiàn)了“植物智力”這樣的術(shù)語。

植物學(xué)家已經(jīng)借用了許多描述人類行為的詞匯來描述植物的行為，比如軍備競(jìng)賽、覓食、交談、血管系統(tǒng)等，盡管植物版本的這類機(jī)制與人類有著很大的不同。人們現(xiàn)在普遍接受了計(jì)算機(jī)擁有記憶能力，甚至擁有學(xué)習(xí)能力等的說法，但如果說植物也擁有智力，恐怕很多人會(huì)覺得難以想象。特里瓦弗斯目前正在撰寫一本書，書名就叫《植物的行為和智力》，聽起來是一本很有趣的書。

將神經(jīng)生物學(xué)詞匯應(yīng)用于植物也得到了許多植物學(xué)家的贊同。2006年，紐約植物園的植物學(xué)家開始研究“植物如何處理從周圍環(huán)境中獲得的信息”。事實(shí)上，早在近一個(gè)世紀(jì)之前，就有研究人員報(bào)告說，發(fā)現(xiàn)植物組織中存在電活動(dòng)。新的研究稱，在動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的一些主要的神經(jīng)傳遞素，包括乙酰膽堿、血液中的復(fù)合胺、伽馬氨基丁酸以及谷氨酸鹽等，也都存在于植物中。這一研究成果引起了科學(xué)家們的極大關(guān)注，對(duì)于植物研究有著重要的意義。

科學(xué)家說，我們?cè)趯?duì)植物世界的了解中，一定錯(cuò)失了某些最重要的東西?？茖W(xué)家對(duì)植物世界的深入探索在未來_定會(huì)給我們帶來很多驚喜。

植物會(huì)裝病

德國(guó)科學(xué)家近日宣布，他們首次在厄瓜多爾的熱帶雨林中發(fā)現(xiàn)了一種會(huì)裝病并因此免遭病蟲害的植物。

很多植物的葉片表面長(zhǎng)有色斑，其中最常見的是白色斑點(diǎn)，這是因葉片表皮細(xì)胞缺少葉綠寨，無法進(jìn)行光合作用造成的。從理論上講，這些植物由于其光合作用受到限制，在自然界中應(yīng)該處于不利境地。然而，事實(shí)并非總是如此。德國(guó)植物學(xué)家在對(duì)厄瓜多爾南部熱帶雨林中的林下葉層植物進(jìn)行研究時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)，有一種天南星科的植物。其健康的葉片常常被一種礦蛾幼蟲吃掉，而長(zhǎng)有斑點(diǎn)的葉片則可免受其害。礦蛾喜歡將它們的卵產(chǎn)在葉片上，這些蟲卵長(zhǎng)成毛蟲后會(huì)晴噬葉片并留下一道道白色痕跡，即白色斑點(diǎn)。

科學(xué)家猜測(cè)，天南星科植物可能通過長(zhǎng)有白色斑點(diǎn)的葉片來“欺騙”礦蛾，從而避免被其侵害。為了印證這一猜測(cè)，科學(xué)家用白色涂改液在數(shù)百片健康的綠色葉片上畫上“人工色斑”。三個(gè)月后，科學(xué)家對(duì)健康葉片、有色斑的葉片以及用涂改液畫上色斑的葉片受侵害的情況進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，有8％的健康葉片遭受侵害，只有1.6％的有色斑的葉片和0.4％的“人工色斑”葉片遭受蟲害?？茖W(xué)家據(jù)此得出結(jié)論，有色斑的葉片騙過了礦蛾，讓它們相信這些葉片缺少營(yíng)養(yǎng)，因此不會(huì)在上面產(chǎn)卵。盡管葉片的白色斑點(diǎn)部分失去了光合作用的能力，但植物能因此免遭昆蟲侵食，這不失為一種明智的選擇。

植物會(huì)偽裝

很多動(dòng)物如蛇、昆蟲和魚，它們?yōu)榱硕惚芴鞌车倪M(jìn)攻，會(huì)使用色彩來偽裝自己。對(duì)于植物而言，它們是很多食草動(dòng)物賴以生存的食物，作為回應(yīng)，植物進(jìn)化出多種防御方法來對(duì)抗天敵，如長(zhǎng)出荊棘以及分泌有害化學(xué)物質(zhì)等。最新研究發(fā)現(xiàn)，有些植物還會(huì)用色彩來偽裝自己。

新西蘭科學(xué)家對(duì)當(dāng)?shù)赝辽灵L(zhǎng)的五加科樹的葉片進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，這種樹從萌芽到成熟要經(jīng)歷幾種特別的顏色變化，這些變化被認(rèn)為是它們的一種偽裝策略，用于防御其天敵恐鳥。五加科樹有幾種御敵方法：首先，當(dāng)小樹苗剛萌發(fā)時(shí)，長(zhǎng)出的葉片又小又窄，呈斑駁顏色，恐鳥很難加以分辨；隨后，小樹慢慢長(zhǎng)大，葉片便會(huì)長(zhǎng)出長(zhǎng)而硬的刺齒，這讓恐鳥很難下咽；一旦五加科樹長(zhǎng)到超過最大的恐鳥身高(約3米)時(shí)，它們就會(huì)長(zhǎng)出大小、形狀和顏色都很正常的葉片，不再進(jìn)行偽裝。

恐鳥是一種巨大的不會(huì)飛的鳥，是現(xiàn)代鴕鳥的近親，早已在地球上滅絕了，但在它們生活的年代，它們?cè)谛挛魈m是位居食物鏈中頂端的食草動(dòng)物。為了證明五加科樹葉片顏色變化曾經(jīng)與恐鳥的存在有關(guān)，科學(xué)家對(duì)五加科樹的葉片和查塔姆群島(新西蘭東部800千米處)上的一種類似的樹的葉片進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于這座島上沒有恐鳥等大型食草動(dòng)物，這種樹也就沒有進(jìn)化出防御恐鳥的方法。

樹能發(fā)電

未來有一天，你家附近的綠化帶里也許會(huì)有一個(gè)可用于充電的“大電池”，那就是樹。

科學(xué)家早就知道樹木會(huì)產(chǎn)生微弱的電流，但直到最近他們才發(fā)現(xiàn)了樹木發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用。美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一棵樹只能產(chǎn)生100至200毫伏的很小的電壓，但電動(dòng)勢(shì)卻很大。一家公司目前已經(jīng)開發(fā)出一種以樹為動(dòng)力的傳感器，用來監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)氐臏囟群蜐穸?，還能從樹上獲得足夠的能量將監(jiān)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到控制中心?？梢韵胂筮@種“樹木衛(wèi)士”的深遠(yuǎn)意義，比如用于森林防火。2009年3月，該公司與美國(guó)林業(yè)局合作，在美國(guó)愛達(dá)荷州的博伊西國(guó)家森林對(duì)這種傳感器進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。事實(shí)上，這是世界上第一個(gè)植物火警系統(tǒng)。

該公司打算進(jìn)一步擴(kuò)展這種“樹電”的應(yīng)用范圍，比如用于輻射檢測(cè)、邊境安全防衛(wèi)等。雖然目前還無法判斷“樹電”應(yīng)用的前景，但地球上的樹木有數(shù)十億棵之眾，它們都站在那里“無所事事”，如果能開發(fā)利用起來，其產(chǎn)生的電能不可低估。