看植物玩两个“方向盘”

徐履泰

驾车的高手能够安安全全地把握好一个方向盘已经不容易了,但那些想争得生存权的植物却要把握好地上和地下两个“方向盘”。它们靠的是什么特殊本领呢?

我们已经知道,地球植物在漫长的进化过程中,已经离不开地下的水和地上的光了,要想存活,它们必须把根牢牢地扎在地下,并在地下伸展,而茎叶则必须克服地球重力,奋力向有光线的地方——空中方向进发。也就是说,它们必须让茎叶和根须各自牢牢把握好自己前进的“方向盘”。那么,它们究竟是靠什么本领来把握“方向盘”的呢?

地上的“眼睛”看前方

开车的人要想朝着选好的目标前进,就必须靠眼睛来辨别前进的方向,否则就有可能南辕北辙,甚至车毁人亡。植物要把握好“方向盘”也必须具备认路的本领。它们难道也有“眼睛”吗?

科学家最近研究证实,植物确实有自己独特的认路“眼睛”。

植物虽然没有明显的视觉器官,但科学家发现在植物叶子内有与视网膜类似的东西——感光器,它实质上就是植物的“眼睛”。植物依靠感光器感觉光的存在、光的强度、方向以及颜色的比率。通过“眼睛”,植物能够找到光源,还能获得周围环境的信息。如植物通过“眼睛”看见其他植物的叶子挡住了自己的身子,于是它们便能绕开障碍,继续上行;即使植物长得稀稀疏疏,距离比较远,触及不到它们,它们也能感觉到这些邻居的存在,并能作出奥妙的反应。通过“眼睛”看,植物能确定冬天的结束和春天的来临,种子知道什么时候发芽,长大的植物知道什么时候开花,并且开花、结果的时节与季节正好同步。有的寄生植物还能借助“眼睛”的帮助,绕过许多障碍物去追踪和捕食自己“爱吃”的植物。

前不久,科学家通过对阿拉伯芥的研究,发现了这种植物有三种感光器:光敏素、向光素和隐花色素。通过光敏素,植物能感觉到邻近植物的存生及其颜色;向光素能控制植物对蓝光的反应,以此来控制叶子表面微小气孔的张开和关闭;隐花色素则有调控茎的生长、开花、结实的重要作用。后来,科学家证实大多数植物都有这三种感光器,说明植物至少在用“三只眼”看七彩世界,辨前进方向。

那么,植物是否仅有“三只眼”呢?科学家认为,目前下最终结论还为时过早,但目前的发现将会对下一步提高经济作物捕捉阳光进行光合作用的能力,使植物获得更多能量有很大帮助。

地下的“鼻子”辨四周

虽然植物的根须没有像茎叶那样有内藏的“感光器”作为“眼睛”,但却有自己独特的“鼻子”。凭借“闻”,植物根须照样可以在地下自由穿梭。

科学家发现,植物的根里有一些特殊的蛋白质,对根须周围各种不同物质的蛋白质分子非常敏感,并以此来辨别周围的物质,决定自己的去向。

直到目前,科学家发现植物“鼻子”的作用,主要有分辨“食物”和敌友两种,并以此来决定自己的行动路线和做法。实验证实,根瘤菌是豆科植物非常喜爱的一种“食物”,哪怕它们距离豆科植物根须位置较远,豆科植物也能凭借“鼻子”闻到它们身上的“Nod因子”,最终发现并调转“方向盘”去找到它们。我们知道,动物的认亲能力对动物来说是相当重要的,因为这有助于它们分享宝贵资源,或避免近亲交配。而动物的认亲方法也已经被科学家破译,那就是它们把对方的气味作为“身份证”来查验对方,有的动物还把对方的特有声音当作标识来判断亲疏。如今科学家发现植物也具备与动物类似的本领,实在是令人惊叹不已。

有趣的是,植物的“鼻子”还能分辨出哪些根须是自家兄弟,哪些是竞争者,哪些是敌人。当它们发现周围的“邻居”不是它们的同宗兄弟时,便会投入更多精力,发展壮大自己——加快促进根部生长,与竞争者暗中争夺地下资源;如果遇到“敌人”,它们一边会迅速壮大自己,一边调转“方向盘”躲避。

科学家现在想的是,尽快帮助经济作物发挥这些本领,好迅速地躲避敌人,发现“食物”。

玩转“方向盘”的秘术

有了两种“眼睛”看方向,下一步植物如何让“方向盘”与眼睛配合呢?

科学家最新发现,当植物用“眼睛”看清楚前进方向后,如果需要调转“方向盘”,它们马上让体内的一种特殊蛋白质发生化学变化,这种变化一旦发生,它的“方向盘”就像得到了“指令”一样,马上开始左右调转,以此调整茎叶和根须上下左右的前进方向。

那么,植物的“方向盘”究竟安装在哪里?调转“方向盘”又是怎样进行的呢?目前比较有说服力的一种说法认为,植物体内的造粉体细胞就是植物的重力传感器——就相当于植物调整生长方向的“方向盘”,其安装位置,地下是在根冠中,地上则是在茎部维管束周围的一二层细胞组织中。

但真正发挥“方向盘”调节作用的则是造粉体细胞中的淀粉粒,它就像是人类调整方向盘的手,如淀粉粒向造粉体细胞左边集中,就像是人的手往左边打方向盘一样,它所对应的动作是,植物的茎或者根向左侧或右侧倾斜。当然,植物把握“方向盘”的方法并不像人类借助机器的帮助仅仅靠手简单运动就完成了,它还涉及到植物细胞核、细胞骨架、生长素、无机钙等许多物质的参与和一系列传导动作,科学家对其中的许多细节已经心中有数了。科学家还发现,植物调整“方向盘”的动作非常迅速,当玉米、高粱和小麦的植株在强风的作用下变成倒伏状以后,内部的“方向盘”在一刻钟到半小时的时间里,很快就会产生调整动作——让倒伏的茎节间向上弯曲生长。

科学家指出,要想最终确认目前的发现究竟是不是终极答案,那还要看植物种子在太空实验室里失去重力情况下的“驾驶”表现。等到人们全部破译了植物的“驾驶”秘术,就可以通过对经济作物两个“方向盘”驾驶技术的改进,让它们“要风得风,要雨得雨”了。

(选自《科学之谜》)