柳叶的形状是春风的“魔术剪刀”剪出来的？

作者简介

许秀华，毕业于北京大学生命科学学院。从事科技记者、医学记者等职，科普作家、中国科普作家协会会员、中国生物工程学会会员，著有少儿科普书《超级农业》（北师大出版社）、孕产期保健科普书《妈妈宝贝爱妻录》（科学出版社）、《卢良恕院士传》（人民出版社），全程执笔《转基因，给世界多一个选择》（农业出版社，获2014年全国优秀科普作品奖）、《南水奇遇记》（水利出版社），为《科学大众》《生命世界》等多家少儿科普杂志撰稿人。

咏柳

〔唐〕贺知章

碧玉妆成一树高，

万条垂下绿丝绦。

不知细叶谁裁出，

二月春风似剪刀。

早春二月的河边，柳树枝条上钻出来毛茸茸的嫩芽，柔嫩得要凑得很近才能看清楚，朦胧得要离得远才能感受到。若漫不经心，你只会感受到貌似光秃秃的枝条。

当沉浸于春困中恍恍惚惚的你，在某一个明媚的春日忽然有片刻的清醒，会发现身边的垂柳竟在不知不觉中碧玉妆成，一条条柔长的绿色流苏，如仙女的拂尘迎风舒展。

奇怪不？每片柳叶的形状、大小都是相似的。如果你去观察另一种植物，你会发现同样的现象：每种植物的叶子在形状和大小上都有自己的特征。如果你继续观察植物的花，会发现不仅形状、大小，连色彩都有自己的鲜明特征，好像打开的一张张物种“身份证”。

为什么柳树的叶子像印第安人的独木舟，银杏的叶子像打开的小折扇......春风的“魔术剪刀”究竟带了多少个预设图案，一路拂过，竟然将每一棵树、每一株草全都“剪”得很符合物种分类标准？

决定叶片形状的“另有其人”

决定叶片形状的是植物的基因，它藏身于植物细胞核中的DNA双链分子上。这个基因的名字叫作REDUCEDCOMPLEXITY，简称RCO，即降低复杂性的意思。

RCO基因是如何通过降低叶片的复杂性，从而给不同物种规定了不同的叶片形状的呢？

RCO基因仅活跃在生长的叶片中，当它失活、不起作用的时候，植物叶子里的细胞向各个方向生长，叶片的形状是近乎圆形或者椭圆形的，叶片表面是连续的一片，不像芹菜叶、香菜叶那样，中间有裂开的地方。生物实验室里，和动物界的小白鼠一样齐名的模式植物——拟南芥，就缺乏RCO基因，所以它的叶片就可以自由地生长。

而在同属十字花科的近缘种——碎米荠中，RCO基因大显身手。碎米荠的叶面就从最初的椭圆形慢慢地长成了中间突出、两边落后的样子，很有设计感。

RCO基因为何如此神奇

之所以这么神奇，是因为RCO基因能够阻碍叶子内一些位置上细胞的生长和增殖。

比如碎米荠的叶子，叶片长到一定长度后，叶片两侧的细胞就不再生长和增殖，只有叶片中间的细胞生长和繁殖，于是就有了中间突出、两边内敛的设计感。

当采用基因敲除技术抑制碎米荠中RCO基因的功能时，这种美丽的设计感就消失了，取而代之的是拟南芥那样的椭圆叶片。

当把RCO基因转入拟南芥的种子中，新长出的拟南芥叶片竟然背离了祖祖辈辈立下的“规矩”，叶片中也出现了复杂的裂痕，体现出了艺术设计感。

万条垂下绿丝绦，柳叶为何细长得如独木舟？这是因为柳树叶片上所有的细胞都只沿着叶脉纵向生长和增殖，而在横向上不再生长和增殖，于是叶子就长成了细细的独木舟形状。

那么，芹菜与香菜的叶子中间裂开是怎么回事呢？

我们把芹菜叶子平铺在白纸上，然后把中间裂开的地方涂上红色。从叶柄开始，叶片沿着叶脉长大的时候，这些涂红色部分的细胞，其生长受阻，于是叶片就裂开了。绿色部分生长没有受阻的叶片继续顺着叶脉生长，于是原先裂开的部位就变成了深谷，叶片上就出现了一道深深的裂痕。同理，其他的裂痕也是这样形成的。

其他基因也参与作用

可是香菜叶、芹菜叶虽然都有深深的裂痕，但很明显，它们裂开的方式是不一样的，叶片的“设计式样”也完全不一樣，这显然不是RCO基因可以独立完成的工作。实际上，植物基因组里的RCO基因就像是遗传开关，能够激活或关闭其他基因。很显然，一定有其他基因作为“设计师”，在负责每种植物的叶片设计工作。

在对丝叶狸藻的研究中，科学家分离鉴定出了几种基因。有的基因专门在叶芽还没完全形成之前，在叶片正面发挥作用;有的基因则在叶芽发育接近成熟的时候，分别在叶片的正面和背面表达......而且还不止一个基因在发挥作用。这样，不同的基因在不同的时间和部位，分别督促叶片的不同细胞按照自己的指令生长。于是，就如同一场复杂的舞蹈，不同的细胞在不同的时间登场，生长分裂，叶片的不同部位就会表现出不同的形态。这种种不同的形态最终组合在一起，就形成了每种植物特有的叶片形状和图案。于是，一张张在阳光下打开的物种“身份证”就这样做成了。

“不知细叶谁裁出，二月春风似剪刀。”这个答案在唐朝可以说是很有诗意，但是在今天的生物学家心里，是基因裁剪出了细如眉毛、状如独木舟的柳叶。