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植物神经生物学的诞生(3)

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”。

加州大学戴维斯分校的生态学家理查德·卡尔班正在试验让蝗虫食取蒿草

不仅如此,一些肉食性昆虫也能够截获这种信号,这种信号于它们而言就是晚餐的召唤。被红蜘蛛啃食的苹果树会释放出信号,吸引红蜘蛛的天地;当雌性叶蜂在欧洲赤松的针叶上产卵的时候,赤松所散发出的挥发性化合物会召唤寄生姬小蜂来杀死这些虫卵;烟草在被蚜虫啃噬的时候,会招来寄生红尾蜂把卵产在蚜虫身上,蚜虫很快就会被从孵出的幼虫吃掉。

植物通过化学物质进行交谈,一些挥发性有机化合物只有在特定的刺激下才会被释放出来。在遭受袭击的几秒钟内,植物会散发出绿叶挥发物,我们能够检测到这种物质,它闻起来就像是一片刚被修剪过的草地的味道。

卡尔班说,他还尝试把塑料袋套在那些被剪过的蒿属植物的叶子上,以防止这些叶子释放出的挥发性有机化合物进入到空气中,结果发现,不论是这株植物其他的叶子还是邻近的植物,都无法启动防御系统了。

“早期关于植物通讯的研究有很大争议,现在人们普遍接受了这些研究。我花了很多年来发表论文,人们在科学会议上几乎要尖叫。植物科学家一般来说非常保守,都认为我们想听到新的想法,但并不是这样。”卡尔班说。

捕蝇草

植物的意识

近年来,科学家在植物中发现了人类大脑中的谷氨酸受体,这让他们大吃一惊。更让人吃惊的是,拟南芥能改变谷氨酸受体的药物敏感。人类大脑中的谷氨酸受体非常重要,对于神经通讯、记忆形成和学习都发挥着重要作用,很多有神经活性的药物都以谷氨酸受体为作用靶点。进一步的研究发现,这些受体能在植物细胞间的信号传导中发生作用,方式非常类似人类神经元彼此之间的通讯方式。

这些发现是否说明植物也有记忆呢?很多科学家都承认了这一点。丹尼尔说,植物存在多种不同形式的记忆,它们有短期记忆、免疫记忆,甚至还有跨代记忆。比如,捕蝇草的触发毛中如果有两根被虫子触动,叶片就会闭合,也就是说它要记住此前有一根被触动过,不过这种记忆只能维持20秒,之后它就忘记了。小麦幼苗能够记住它们已经在开始开花结籽之前过了冬。一些感到压力的植物后代,对同样的压力有更高的抵抗力,这在动物中也有同样的效果。“如果说记忆包括形成、存储和提取这几个阶段,那么植物的确存在记忆。捕蝇草的短期记忆是基于电信号的,非常像神经活动,长期记忆基于表观遗传,表观遗传能够改变基因的活性,却不会像基因突变那样改变基因编码,也能够传递到后代中。”

如果植物有记忆,那么它们有意识吗?“它们当然有意识,它们能区分红光、蓝光、远红光和紫外线;它们能对空气中飘散的微量挥发物产生反应;它们能感受重力,改变自己的形态以保证茎往上长,根向下伸;它们能记住过去的感染和所经历的天气条件,然后根据记忆改变当下的生理状况。”

斯洛伐克细胞生物学家贝鲁斯卡说,植物像人类一样,能在麻醉状态下失去意识。当植物受伤或者感到压力,它们就会制造乙烯,工作原理类似动物中的麻醉剂。药物能让植物进入反应迟钝的状态,类似睡觉。打盹的时候,捕蝇草会错过路过的昆虫。能够进入麻醉状态,是否意味着植物能感到疼痛?

原则上说,如果植物是有意识的,那么它们就能感到疼痛。如果感觉不到疼痛,你就会忽视危险,无法生存。但丹尼尔说:“植物有意识并不表明它们会感到痛苦。一棵能看、能嗅、能触的植物并不会比一台拥有硬盘驱动器的电脑感到更多的痛苦。”这符合大多数科学家的观点,即植物没有大脑,没有大脑就没有痛苦。对此,曼库索非常谨慎,他说:“我们不知道,我们必须保持沉默。”

他们不知道的东西太多。植物神经生物学的提法很容易引入“植物是否有智力”这样一个终极问题。植物神经生物学家认为,传统关于智力的定义出发点基于人类中心说,他们试图扩大智力的定义。“如果你把智力定义为解决问题的能力,植物能教给我们很多东西。”曼库索说,“它们不仅是在生长、适应等方面很‘聪明’,智力并不意味着仅有一个大脑。神经元可能被高估了,它们只是兴奋细胞。植物也有自己的兴奋细胞,在根尖后面的区域。”

反对植物神经生物学的耶鲁大学生物学家斯莱曼(CliffordSlayman)承认,虽然他不认为植物具有智力,但他相信它们有“智力行为”,就像蜜蜂和蚂蚁那样。他说,他不知道什么构成了智力。他定义智力行为是“能够适应环境变化的能力”。“从本质上讲,人类并不比猫更有智慧,当面对一只老鼠时,猫显然更有智慧。”他说。在这个问题上,如果植物神经生物学家愿意在“智力”前面加上“植物特有的”,那么很多争议都会消失。

 

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