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万岁的生命:听邓兴旺讲植物的故事

撰文|邓兴旺(北京大学现代农学院教授)

责编|叶水送

每天我们对周围各种各样的植物习以为常,但未必真正了解植物。植物虽然没有像动物一样的视觉系统,但却能“看见”很多东西,甚至比我们“看到”的更多,你信不信呢?

我们看不见的光,植物也能看见,如紫外光、红外光。很弱的光植物也能看见,而我们要不是特别注意的话是会看不见的。例如,在一个小屋子里,把门窗全关上,当一个小小的萤火虫飞过的时候,我们不一定会注意到。当然,要是在暗中休息了一会儿,努力使我们的眼睛适应一下黑暗的环境并集中注意力后,或许就会看到了。但植物是不需要那么费劲的,它随时都能轻松感觉到光的存在和变化。更有甚者,植物不但能看到光,还能借此改变自己基因的表达,并在生长和发育上做出反应,从而使自己能更好地适应所处的光环境。所以,植物具有我们人类所没有的能力,不要小看植物。

大自然的植物多姿多态,吸引着人们去欣赏和品味。人们还通过对植物进行精心栽培和改造来彰显它们的独特魅力。四川成都有个叫做“花舞人间”的著名景区,是由希望集团四兄弟创始人之一——陈育新出资修建的。这个景区是一个1000多亩的大花园,里面种有大量的一年四季都可观赏的各种花卉。作为一个企业家,陈育新对植物有着特别的情怀,他在花卉栽培上做了一些很有意思的发明,据说有的还申请了国际专利。其中最具特色的发明就是巨型杜鹃花瓶,这是把二十几棵杜鹃用特制的模具强力固定和绑扎,让它们交叉生长,最后形成一个非常规则的、形如镂空的花瓶造型。

除了供人观赏外,植物引人关注的更重要原因是它们和我们的生活息息相关。在北京大学,有一门很有意思的植物学课程叫《舌尖上的植物学》,这门课不是让学生去记植物的名字或去采集植物标本,而是讲一些和我们每天吃喝相关的植物学故事,让学生了解吃里面的科学、历史以及文化。

实际上,植物是我们美好生活中必不可少的一部分。如果我们生活中没有植物,没有一点花草,即使住豪宅中,每天大鱼大肉,你会幸福吗?不会的。所以在我们生活中,植物非常重要。

植物拥有动物难以企及的超长寿命

满山遍野的植物这么丰富,它们是怎么能存活下来并传宗接代?这实际上是和植物的一些特有能力有关。科学家发现,一些在寒冷的西伯利亚埋了3万多年的种子竟然没有死掉,这些长寿种子被挖出来后,它们会在实验室里发芽、生长、开花和结果。3万多年前的种子到现在照样可以发芽生长,说明植物具有人和动物没有的能力。另外,我们在生活中还发现,一颗种子掉在任何地方,无论是肥沃的土壤,还是石头缝里,或是水泥板下面,它都能发芽,都能长出来。植物的这些本领与生俱来,在任何恶劣环境下,都能活下来。

种子掉到不同深度以及硬度的土壤里都能长出来。种子掉到土里面后,它要作出一个重要的决策:该不该发芽、什么时候发芽。比如说,要是冬天下雪了,种子突然犯错误,在这个时候发芽了,那肯定是致命的,苗子就会被冻死了,所以,它一定要等春天的到来。当然,有些植物的种子可以在冬天发芽,例如冬小麦,它在冬天发芽是没问题的。

种子发芽以后,它就要从土里面慢慢地长出来,这个时候,它要尽量往上蹿,但是叶子不能太大,太大了阻力也就大了。种子知道这些,它一旦穿出土壤之后,芽就停止生长了,把叶子打开,吸收光进行光合作用。所以,这一切的一切,种子似乎都是精心策划好的,而且它“策划”的时候,不知道土有多深,芽要长多久,它一步一步走着看,但每走一步要做决策时,都会正确决策。一但错了,就会死亡。所以植物的这种能力非常非常重要。

不光种子可以长寿,种子长出来的植物也会长寿。在河北承德丰宁满族自治县有颗松树很有名,被称为“天下第一奇松”,它距今活了一千多年。在成吉思汗打天下的时候,这棵松树就已经在那儿了。先人虽已逝,这棵松树还长在那儿。这说明植物的生命力非同一般。过去人们常说吾皇万岁万万岁,实际上,人最多只能活到一百多岁。而植物真的是可能“万岁”。在瑞典中部地区,就发现了一棵9550多岁高龄的挪威古云杉,而且至今生命力依然顽强。

植物还有一个我们望尘莫及的超能力。两棵不同种类的植物,把它们的叶和皮剥一剥,再把它们捆扎起来,它们就会长在一起。嫁接是在园艺植物栽培中很常用的方法,那是把一种植物的上半部分和另一种植物的下半部分结合在一些生长。这在动物、人类身上是绝不可能的。

植物让我们免于饥饿甚至战乱

植物不光好看,更主要的还是给我们提供很多食物。对植物的改造,在人类的生存和发展中起着至关重要的贡献。第二次世界大战后,也就是上世纪四十年代中后期,打完仗后,军人们都回家结婚生子,导致人口剧增,一下子就翻了一番。人口多了吃得也多了,但那时粮食产量增长太慢。所以当时就有一些社会学家、经济学家预测,第三次世界大战马上就要开始了。粮食不够就会产生战争,实际上,历史也总是这样的。

当很多人认为世界大战又要开始时,一场革命挽救了全世界。这场革命就是对现代影响最大、众所周知的“绿色革命”,这主要源于国际玉米小麦改良中心的植物学家诺曼·布劳格(Norman Ernest Borlaug, 1914-2009)对小麦品种进行改造,培育出了矮秆小麦,这种小麦产量高,风吹不倒,推广种植后使全世界的小麦产量翻了一番。结果墨西哥、印度这些国家,以前吃不饱,需要别的国家救济。绿色革命后他们虽然吃的多,但还是吃不完,甚至要卖给别人吃。所以第三次世界大战到现在为止还没有打起来,虽然局部存在战争,但一直都没有达到世界大战的层次。最主要的原因是人们都能吃饱,不为争夺耕种粮食的土地打仗了。所以,当初人们都非常感激那位科学家,并颁给了他诺贝尔和平奖。

植物不仅为我们贡献粮食、蔬菜和水果,还为我们提供药材。罗汉果原是广西桂林的一种野生植物,据称可专治雾霾、保证嗓子清爽。然而,野生罗汉果产量很低,最多一株藤只能结不到30个果。广西师范大学的李柏林教授采用一套技术对罗汉果进行了改造,使其产量得到大大提高。原来,野生罗汉果身上都带有病毒,它们带病生长,自然都长得不好、产量低。李柏林教授采用组织培养的方式生产罗汉果树苗,把病毒根除了,结果变成每棵树可以结300-390个左右罗汉果,产量提高了十倍!通过这种方法,他把野生罗汉果变成一个在大田里面大规模种植的作物。农民种了这种经过改造的罗汉果后,每亩地可以净收入5000-10000元,比种水稻和小麦的收入多得多。所以,有的时候,只要稍微做一点研究,做一点改进,就能为我们国家的一部分人,特别是农民做出贡献。

植物以静为动,洞悉世间万象变化

植物看似每天都静静伫立在它出生的地方一动不动,其实它有很多小动作,时刻对外界环境做出反应。植物怎么感受环境这个问题实际上起源于达尔文(Charles Robert Darwin,1809-1882)的研究。

达尔文是一位伟大的生物学家,他最大的贡献是写了一本《物种起源》,就是我们现在所说的进化论,这应该说是生物科学中两件大事之一,另一个是孟德尔(Gregor Johann Mendel,1822-1884)的遗传学理论。这两个理论在生物学中比任何其它东西都重要。学生物学的人必须知道达尔文和孟德尔,如同学物理的人必须知道牛顿、爱因斯坦。达尔文除了这个最伟大的工作外,还做了许多其它很有意思的研究,其中一项就是研究植物怎么动。他和他儿子一起写了一本书叫《植物的运动》,里面列举了很多有意思的现象,例如含羞草的运动。当用一个笔尖稍微碰一下含羞草时,含羞草就会感受到一个机械压力,并且把这个压力传遍全身,然后全部的叶子都合起来。这个过程给人感觉好像是有气无力、很随便的一件事,实际上可不简单。它第一需要感受信号,第二需要把信号传到全身,然后还要很快地做出反应,在很短的时间内把叶子合起来。除了像这样触碰造成的被动运动,植物还会主动运动。很多瓜藤等藤蔓植物可围绕着一个树枝、竹竿等往上爬。它们是感觉到了什么东西,才会往上爬,它们怎么知道顺时针或者逆时针往上爬,这些现象都很有意思。

除了像含羞草这样的“害羞”反应外,植物也有感情,也需要关怀。例如将两盆拟南芥同一天放在同一个地方生长,除了一个情况不同外,其它所有条件都一样。这个情况就是对其中一株植物,每天都派一个人摸它一下;而另一株植物就没有人摸它,相当于没有人去爱护它。结果这两株植物就长得就不一样了。受到关爱的那株植物,慢慢地长,生命很长;而没有受到关爱的那株植物,可能是因为感情失落吧,就较快速地生长、开花,很快就结束自己的一生。这是为什么呢?值得我们去研究。

植物不仅可以感受到关怀,面对危机也会有感觉并做出反应。如果你不会游泳,在水池子里面或者在海边,当水快淹到脖子上的时候,是什么感觉?很着急,你有什么想法呢?你可能想,“我要是马上长高一点就好了”,但你做不到。人要长高一点需要好长时间。但是水稻有这个能力。水稻在生长的过程中,如果遇到洪涝,在水一旦淹到某个位置的时候,它就能感觉到危机,体内一些植物激素就开始起作用,接着一大堆的生长相关的机器运作起来,它就可在短时间内飞快地生长,总是能比水面高一点。当然这也是有一个限度的,要是水涨得太高了,它也没办法。虽然不一定能最终战胜洪水,但它可以战斗一会儿,至少能在一定的限度内使劲生长,留给自己更多生的希望。所以,植物有这样的危机感,并且对危机能做出一个合适的决断。

植物间看不见的竞争与合作

植物不仅能感受光照、温度、触碰等物理环境因素,还能感觉到它周围自己的同类。在森林里,我们常看到,一些植物边上要是有很多其它植物时,它们都长得很直,使劲往上长。而当植物边上没有别的植物时,它就长得不那么直了,而是使劲儿往边上长。这个现象说明,植物能感觉到它附近是否有自己的同类、有没有、有多少、有多近。这个现象也反映在一些风景名画中。吴冠中是我国著名画家,于2010年去世。在他去世后,他的一幅荷花画拍卖出了一亿元的天价。他的画这么值钱,可能与他对植物的理解到位有关系:密的时候长得直,稀的时候就长得弯,充分体现在他的那些张家界风景画中,这些画在全国展出后,使得张家界名扬四海,就此成为了中国第一个森林公园。

植物感受到周围的同类后,大多数都能和平相处,相安无事。但也有一些植物具有侵略性、伤害和利用它旁边的植物,这就是寄生植物,它们不劳而获,像个吸血鬼在它们生长空间附近游荡,一旦找到合适的植物和合适的部位,就在上面扎一个“吸血”的根,然后开始慢慢吸取它的营养。这就像恐怖电影中的吸血鬼,要抓着一个人,趴在那个人的脖子上,把他的血吸干一样。结果是这些寄生植物自己不进行光合作用,不产生营养物质,但也能和别的植物一样生长,并会开花。而被寄生的植物因营养不良,生长受到严重影响,甚至可能死亡。

植物的世界丰富多彩

在我们的生活中,植物和动物的区别是显而易见的。从它们的生长发育角度来看,植物和动物的一个重大区别是:植物是多次发育,而动物是一次发育。多次发育是指什么呢?比如说双子叶植物幼苗刚开始只有两片叶子,幼苗在生长过程中不断从无到有产生新的叶子和其它多个器官,然后开花、结籽等等。这种植物在种子里面仅有很少的器官,而大部分器官都是在生长过程中,一次一次地发育出来的,这就是多次发育。而动物,特别是高等的哺乳动物,包括我们人类不是这样的。我们在刚出生的时候,绝大多数发育上的事情都已定了,你只有一个脑袋,两只耳朵、两只手、两只脚等等,不会再变了。当然也会有些小的变化,如刚出生时没有牙,在一、两岁时候开始长牙,并且后来还会换一次牙。但整个人的变化还是很小的,绝大部分是一次性就发育好了的。

植物与动物另外一个显著的区别就是植物在不同的环境条件下其发育具有很强的可塑性。动物的生长发育对环境的反应基本上差不多,不管是白天出生还是晚上出生,在夏季出生还是在冬季出生,在北方出生还是在南方出生。但植物对这些环境的反应有很大的差别,要是把一个一直生活在北方的植物放到南方去生长,它说不定都忘记了发育的进展,不知道什么时候开花了。植物会有很多这样的适应性,而且植物在光下和在暗中的生长也是不一样的,在土里面的生长是一种模式,一旦它从土里钻出来后,就按照完全不同的另外一种模式生长发育了。所以植物是要根据所处的环境决定自己怎么发育和生长。

相对于动物来说,植物的一个最显而易见的特点就是植物是固定的。当然,有些植物也会动,例如上文提到的寄生植物,但它也只能稍微有一点移动,不会太远,只能在它生根发芽地方的附近。所以植物虽然不知道最后会落脚到哪个地方,但是它一旦在哪个地方发芽了,就会在那里生根,不管它周围环境怎么变化,基本上一辈子就在那儿了,它可能过早死去,也有可能1000年后还在那个地方。而动物不一样,它们可以走,可以跑,所以当其周围环境不适宜时,比如说太冷了或太热了,动物首先想到的是逃避。但面对所有艰苦环境时,植物没有办法逃避,冷它就要忍受冷,热就要忍受热,要是有别的虫子过来吃它,它也得忍受。它应对这些环境的方式与动物完全不一样,它也有很好的机制保护自己。当虫子在一片叶子上吃一口时,别的叶子甚至整个植物就都知道虫子来了,要做好战斗准备。不光这个植物知道,它还会散发出一种气体,让附近的其他植物感受这种气体,知道这个地方有虫子入侵,做好战斗准备。植物抗虫就是这个原理。

所以我们看植物时,如果不懂得它,会认为它很无聊,很无奈,很无用,逆来顺受。但实际上并不是这样的,如果真正了解它,理解它时,就知道它所有基因的表达都在变化,有的基因表达变多了,有的变少了,一切都是为了应对环境的变化。植物到了一个地方,它就任劳任怨,而且往往是先行者。在荒无人烟的地方,沙漠或者荒漠,只要有了植物后,慢慢地那个地方就会变得稍好一些,然后动物就可以去了,所以植物是开荒僻壤的先驱。而且它很无私,所有动物的食物其能量来源都是植物从光能转化的化学能。

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