神奇植物在哪里

劉紓驊

亞馬孫熱帶雨林

如果把地球形成至今46億年的漫長歷史濃縮為24小時，人類誕生于這天的最后1分鐘，現(xiàn)代人類文明更是只占據(jù)這天的0.1秒時間。而最早的植物藍藻，在上午10時22分就已經(jīng)蓬勃生長于原始大海中了。

自人類誕生以來，無論是腰間遮羞的樹葉、手中獵食的木棒和長矛，還是遮風避雨的茅屋，無不來自植物的饋贈。在度過250萬年以采集、狩獵為覓食手段的生活后，對小麥等植物的馴化使人類大踏步進入了農(nóng)耕時代。有了穩(wěn)定、充足的食物來源后，人類具備了發(fā)展文明的基礎。

隨著對神奇植物的了解深入，人類對它們功能的開發(fā)也愈發(fā)全方位、多樣化。

從推動能源革命的兩億年前的植物“石油”及其衍生品塑料、瀝青、化妝品，到承載全球車輛與飛機的天然橡膠，植物對人類文明的躍進貢獻良多。

公元前10世紀左右，兩河流域的文明古國已經(jīng)開始對石油衍生品加以利用，古巴比倫、古埃及等國在建筑、裝飾、防腐等各個方面用上了瀝青，原油甚至可以當藥物服用。古代中國也不乏對石油的記載，《漢書·地理志》中，班固就寫下“高奴縣（今陜西延安附近）有洧水可燃”的文字。初次把這種遠古動植物形成的液體定名為“石油”，則是宋朝的《夢溪筆談》。沈括在書中預言：“此物必大行于世?！?/p>

苦配巴和它的汁液

工業(yè)革命后，人們需要更強動力、更高能量轉(zhuǎn)化率，蒸汽機、電動機、內(nèi)燃機這三種不同能源驅(qū)動的引擎，曾在汽車行業(yè)進行了為期數(shù)十年的激烈競爭，最終以石油精煉物—汽油驅(qū)動的內(nèi)燃機勝出。20世紀20年代后，石油的需求量呈指數(shù)級增長，石油成為人類社會的“第三代主體能源”。

石油的供給牽動著全球經(jīng)濟發(fā)展，自1973年至1990年間發(fā)生的3次世界性石油危機，體現(xiàn)了人類社會對“工業(yè)血液”石油的極度依賴。石油是不可再生能源，雖然暫時還沒有枯竭的跡象，但科學家一直擔心它不能長期支持工業(yè)體系。尋找石油替代品時，科學家把目光再度投到植物上。

在巴西境內(nèi)亞馬孫流域的原始雨林中，科學家發(fā)現(xiàn)了一種名為“苦配巴”（Copaiba）的高大喬木，它最高可達30米，直徑1米以上。“苦配巴”可以通過光合作用產(chǎn)生碳氫化合物，樹干內(nèi)貯存的汁液經(jīng)過簡單加工便可成為柴油，油質(zhì)十分優(yōu)良。

但“苦配巴”產(chǎn)油量不高，成材時間長，并不是最理想的燃料植物。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球燃料植物每年可產(chǎn)生的能量相當于600億噸石油，是全球消耗石油的10倍以上。如果對燃料植物的利用率大幅提高，世界對石油的依賴就會大大降低。

續(xù)隨子植株和種子

大戟科植物“續(xù)隨子”（Euphorbia lathylris L）是更理想的燃料植物。續(xù)隨子是二年生草本植物，在南北美洲、歐洲、北非等地區(qū)廣泛分布。野生續(xù)隨子的種子含油量可近50%，經(jīng)進一步培育后有望繼續(xù)提高。其油的化學構(gòu)成主要為倍半萜烯，植株富含烯烴類碳氫化合物。它可全株利用，作為生物柴油的原油十分理想。目前，在人工培育的續(xù)隨子田間，每公頃續(xù)隨子可產(chǎn)出最多125桶原油。如果經(jīng)不斷精良育種，以續(xù)隨子為代表的大戟科植物和油桐樹、鼠憂草等，均可成為價值極高的燃料植物。

金雞納樹

作為汽油的替代能源，乙醇汽油受到多國重視和開發(fā)。乙醇汽油是以90%汽油加10%生物材料制作的乙醇為原料的能源。使用乙醇汽油除了可以改善能源結(jié)構(gòu)、減輕石油依賴外，也可減少尾氣排放中的顆粒物，達到促進環(huán)保的作用。目前，汽油中添加的乙醇主要使用玉米等陳化糧或秸稈等原料制作，產(chǎn)量并不高。

生物材料乙醇由淀粉通過催化劑水解為葡萄糖，再通過酒化酶的作用生成乙醇。原料含淀粉量越高，制作乙醇的效率越高。非主食類的植物—紅薯、木薯、菊芋、高粱等，是生成乙醇的最佳原料。

雖然乙醇汽油仍有短板和缺陷，但科學家們對薯類等植物的優(yōu)化培育從未停止。在可以預見的未來，人類可以借助綠色環(huán)保的燃料植物，塑造更節(jié)能、更高效的未來工業(yè)體系，“生物石油”的紀元即將到來。

瘧疾是伴隨人類最久的疾病之一，它俗稱“打擺子”，是由蚊子傳播的急性傳染病。瘧疾癥狀有高燒、寒戰(zhàn)、周身疼痛、乏力等，令患者在一定時期內(nèi)喪失活動能力，甚至有生命危險。瘧疾大面積流行造成的國力衰退，是曾強盛一時的羅馬帝國衰亡的重要原因之一。

17世紀歐洲人大舉進入美洲時，發(fā)現(xiàn)當?shù)厝耸褂靡环N神秘的樹皮泡水治療瘧疾。殖民者們對樹皮的神奇療效大為震驚，把樹皮及用法迅速傳回西歐。這種神奇的樹，就是原產(chǎn)于安第斯山麓的金雞納樹（Cinchona calisaya Weddell）。

這種茜草科喬木最高達25米，樹皮呈灰褐色。明清時期，以利瑪竇、湯若望為代表的歐洲傳教士來到中國，除了宗教思想，他們也帶來了包括金雞納樹皮在內(nèi)的西方藥物。

1693年，39歲的康熙皇帝罹患瘧疾，高燒不退，渾身顫抖，紫禁城內(nèi)頓時亂成一鍋粥?？滴踉诜▏鴤鹘淌靠谥新犅勊麄冇兄委煰懠驳奶匦?，急召傳教士洪若翰等人獻藥。他服下金雞納樹皮粉后，瘧疾很快痊愈。此藥在清代文獻中得名“金雞挐/勒”，代表教會的洪若翰等人也得到了西什庫教堂北堂作為賞賜。

1712年，康熙的童年玩伴、文學家曹雪芹的祖父、時任江寧織造的曹寅也身患瘧疾。由于病情嚴重，他派快馬自揚州至北京向康熙請求賜藥。康熙對曹寅信重極深，不但星夜派驛馬送藥，還親自手寫了服藥的注意事項。兩地路途遙遠，曹寅在藥品到來之前去世。從此曹家中落，在雍正皇帝即位后被抄家，曹雪芹在貧寒中寫就了皇皇巨著《紅樓夢》。若曹家仍然錦衣玉食，此書怕是不易問世。

19世紀初，法國化學家從金雞納樹皮中，分解出對瘧疾直接起效的成分“奎寧”（Quinine），也稱“金雞納霜”。自此，奎寧作為治療瘧疾的特效藥在世界范圍內(nèi)流行。

奎寧并非仙丹妙藥，它雖然有立竿見影的療效，但也會對部分病人產(chǎn)生耳鳴、哮喘、腹瀉、急性溶血等副作用。更嚴重的是，上世紀60年代，瘧原蟲對奎寧類藥物產(chǎn)生耐藥性，藥物療效直線下降。此時，全世界還有近2億人處在瘧疾的威脅之下，患者的死亡率呈指數(shù)級上升。

20世紀50年代，屠呦呦（前右）與老師樓之岑一起研究中藥

1967年，應越南政府請求，中國成立了“全國瘧疾防治研究領導小組辦公室”。兩年后，中醫(yī)研究院中藥研究所39歲的實習研究員屠呦呦帶領課題組接受了“中藥抗瘧”的任務。屠呦呦課題組從收集的包括醫(yī)術(shù)、本草、驗方、民間偏方的2000多個藥方中去蕪存菁，對其中的200多種藥物進行了大量實驗，歷經(jīng)近400次失敗，終于發(fā)現(xiàn)菊科一年生草本植物黃花蒿（Artemisia annua L，別名草蒿、青蒿）的熟汁提取物對鼠瘧原蟲（以鼠類為中間宿主的瘧原蟲）有抑制效果。

在焦急設法提升藥效的階段，屠呦呦在東晉“丹道學及醫(yī)學大家”葛洪的《肘后備急方》中發(fā)現(xiàn)了“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”的文字，發(fā)現(xiàn)古人是以鮮榨的方式利用黃花蒿，而煮熟使用會大大降低提取物的抗瘧效果。

1972年，屠呦呦課題組成功提取出一種無色結(jié)晶體，分子式為C15H22O5，在抗各型瘧疾上相比奎寧類藥物有“見效快、治療效果好、低毒副作用”三大優(yōu)點。這種結(jié)晶體就是如今家喻戶曉的青蒿素。

1973年，屠呦呦團隊成功合成藥效比天然青蒿素更強的雙氫青蒿素。1978年，青蒿素項目的成功正式獲得國家認可。2015年，由于青蒿素自瘧魔手中挽救了數(shù)以百萬計的生命，屠呦呦獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。她也成為了第五位因在人類抗瘧斗爭中做出重大貢獻而獲得該獎項的科學家。據(jù)有關統(tǒng)計，僅2010—2017年，就有25億劑次以上的青蒿素制劑在非洲使用。

在距今約3億年前的泥盆紀，裸子植物已于地球上繁盛生長。如今，它們經(jīng)過幾億年的演變更替，大部分已被種子生存適應能力更強的被子植物在生態(tài)位上取代。目前，裸子植物僅余5綱，包括松柏綱、買麻藤綱、銀杏綱、蘇鐵綱和紅豆杉綱。

紫杉醇用自身毒性阻斷癌細胞的有絲分裂、抑制腫瘤發(fā)展。

紅豆杉可以提取具有抗癌活性的紫杉醇

二戰(zhàn)結(jié)束以后，各國對醫(yī)學的投入開始大幅增加。癌癥，是現(xiàn)代醫(yī)學的最大攻關難題之一。1960年，隸屬美國農(nóng)業(yè)部的一些植物學家接到了來自美國國家癌癥研究所的一項委托，對方請他們從盡量多的植物中收取樣本，以便進行篩選抗癌活性物質(zhì)的試驗。

1962年，植物學家亞瑟·巴克萊于華盛頓州帕克伍德鎮(zhèn)北的一棵短葉紅豆杉（Taxus brevifolia Nutt）上提取了一些樹皮樣本，并與其他200多種樣本一起提交研究機構(gòu)。經(jīng)過4年多的研究，科學家門羅·沃爾及團隊在1967年召開的美國化學學會會議上宣布了研究成果：從紅豆杉樣品中提純出一種可以抗癌的活性提取物，后命名為紫杉醇（Taxol）。

1979年，紫杉醇的作用原理確定。它用自身毒性阻斷癌細胞的有絲分裂、抑制腫瘤發(fā)展。自1984年正式進行臨床試驗以來，紫杉醇的表現(xiàn)十分優(yōu)異，對卵巢癌、子宮癌、乳腺癌等病癥有特效。紫杉醇可使晚期卵巢癌患者的生命持續(xù)時間，比采用標準治療的患者延長50%左右，引起了醫(yī)療界的高度關注。

自侏羅紀便已出現(xiàn)的紅豆杉科植物，以它們的方式給予了人類無私的幫助。由于提純紫杉醇需要大量紅豆杉植株，在美國環(huán)保部門對紅豆杉立法保護之后，發(fā)達國家大量收購紅豆杉的熱潮席卷各發(fā)展中國家，直到法、美科學家相繼發(fā)現(xiàn)了半合成紫杉醇的方法，這股攫取之潮才緩緩降溫。

如今，紫杉醇已廣泛用于黑色素癌、肺癌、部分頭頸癌等多種癌癥的化學治療中。嚴重的原料不足，也使全球頂尖醫(yī)學機構(gòu)紛紛投入全合成紫杉醇的研究中。到目前為止，全合成紫杉醇依然有成本昂貴、合成復雜、條件苛刻等缺點，不具備大規(guī)模工業(yè)化合成的條件。以人工方式培育富含紫杉醇原料的新種紅豆杉，是半合成的方式之一。就目前來看，以此種方式降低生產(chǎn)成本，比全合成方式的成功率更大。

詩人陶淵明在《歸田園居》中寫道：“榆柳蔭后檐，桃李羅堂前?！痹谌祟惻c植物共存的數(shù)百萬年中，神奇的植物們給人類提供了生理和心理上的包容庇佑，與人類共同經(jīng)歷著發(fā)展與演化。目前，被人類開發(fā)的植物資源只占全部植物的極小部分，無數(shù)植物寶藏仍在靜靜等待發(fā)掘。

特約編輯榮智慧 rzh@nfcmag.com