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植物神经生物学的诞生(2)

2014-02-24 14:18 作者:曹玲来源:三联生活周刊
一群看似疯狂的科学家给植物学研究领域起了一个新名字,叫作“植物神经生物学”。

印度尼西亚拉贾安帕特群岛水域中的红树林根茎是许多鱼儿的繁殖之地

达尔文的“根脑”

曼库索似乎是该领域最慷慨激昂的发言人。2004年在给实验室命名时,他就取了“国际植物神经生物学实验室”这样一个名字。

曼库索关于人类低估了植物的信念来自少年时代读到的科幻小说,故事说一个生活在完全加速时间维度的外星种族到达地球,无法探测到人类的任何运动,于是得到了一个合乎逻辑的结论,人们是“惰性材料”,他们可以为所欲为。在他看来,我们视为“拜物教”的神经元,以及我们把行为等同于行动的倾向,让我们无法欣赏植物能做什么。比如,植物无法逃跑,经常被吃掉,好像没有不可替代的器官。

认为植物是某种低层级的有机体的历史非常悠久,这个观点在《论灵魂》一书中被亚里士多德形式化了。亚里士多德认为,植物是介于生物和非生物临界点之间的物种,它们只是一种非常低层级的灵魂,称之为植物灵魂。因为它们不会运动,所以它们不需要感觉。

“人们对植物的看法是错的。植物不仅能生存,也能够感觉。它们的感觉比动物精密得多,比如每一个根尖,都能同时且持续地侦测和监测至少15种不同的化学和物理参数,它们还能显示出这样神奇和复杂的行为,可用‘聪明绝顶’这个词来形容。但这种对植物的低估,一直伴随着我们的观念。”曼库索说。

他发现,植物的根尖有一个不到1毫米的特定区域,被称为“过渡地带”。这个小区域消耗了植物中最高数量的氧气,产生向前生长的信号。这个信号相同于我们大脑中的神经元,大脑用它来交换信息。虽然一个根尖只有几百个细胞能显现出这种功能,但是植物的根尖非常多,比如黑麦差不多有1400万条根,1150万个根尖,总长度大于600公里。

100多年前,植物的根系同样迷住了达尔文,他在晚年越来越热爱植物。他和儿子弗朗西斯进行了巧妙的植物学实验,包括根、幼根、幼苗,他们证明植物可以感受到光、水分、重力、压力以及其他一些环境,然后确定根生长的最佳轨迹。弗朗西斯是世上第一个植物生理学教授,任教于剑桥,在他的协助下,达尔文于1880年写了一本名为《植物运动的力量》的书,在长达500页的篇幅中讨论植物的每一个动作。在最后一章中,达尔文写道:“毫不夸张地说,植物的根尖有指导毗邻部位运动的力量,就像低等生物的大脑。”

食肉植物猪笼草

曼库索认为,过渡区或许是达尔文提出的“根脑”所在区。不过这个想法仍旧有争议,有科学家认为,那里到底是怎么一回事仍然没有被很好地理解,没有证据显示那是一个指挥中心。

曼库索又进一步延伸了他的发现。“我们有仿生机器人,灵感来自于人类和动物,但为什么我们没有仿植物机器人?”在他眼里,研究植物的根可以提供灵感,制造会生长、会像活的植物那样回应环境刺激的“机器人根”(Plantoid)。这个想法正在热那亚意大利工程技术研究所里进行研究,生物学家出身的工程师芭芭拉·玛祖莱(BarbaraMazzolai)探寻植物根系的工作原理,研制能监测土壤污染、探索矿物质和寻找水分的传感部件,希望机器人能学到植物根系的本领。芭芭拉说:“如果你想探索其他星球,最好的办法是送机器人根过去。”

植物间的交流

植物神经生物学家认为,我们对植物的理解远远不够,它们并非真正意义上的“聋子”和“哑巴”。

1983年,科学家声称树木可以彼此警告食叶昆虫即将到来。虽然早期的有关植物通讯的报告常被其他科学家认为荒谬,但是大众媒体热情地接受了“会说话的树”这个观念,把研究结果拟人化。最近10年中,植物通过气味进行通讯的现象已经在很多植物身上得到了反复验证,包括大麦、绢蒿、桤木在内。

美国加州大学戴维斯分校的生态学家理查德·卡尔班(RickKarban)为了让蒿属植物进行交流,模仿蝗虫或者甲虫啃食植物,用剪刀去剪其中一丛灌木的叶子。把叶子全都剪光是不能骗过这些植物的,所以他在叶子的边缘和叶尖上制造了很多缺口,就像很多小咬痕。

几个月后,他回去查看这些植物,发现很多植物的叶子真的被蝗虫和甲虫破坏了。但那些生长在他实验植物周围的蒿属植物,却躲过了饥饿昆虫的蹂躏。“剪叶子的行为使那些被破坏的植物相信,它们正在遭受昆虫袭击,所以散发出报警的化学物质到空气中。周围植物的叶子截获且破译了这些密码信息,得以抵御天敌的来袭。”卡尔班说。

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