植物的智慧

說起動物，大家已經知道它往往比我們想象的要聰明得多。那么植物呢?我們常常把失去記憶沒有什么行為能力已經接近死亡的人稱為“植物人”。其實，植物遠非我們想像的那樣無能。科學家通過長期的研究發現，植物為了生存，不僅能“看”，能“睡”，還能“吃”。

清晨，太陽從東方地平線上慢慢升起，將溫柔的光線射向阿根廷潘帕斯草原，一叢叢青草在清晨的寒風中微微搖曳。此刻，從遠處走來了一組科學家，他們在草地上架起各種觀察儀器，開始了新的一天的工作——他們正在研究青草這種地球上最為平凡的植物。他們的工作是要弄清楚一個問題植物能不能“看見”周圍的環境。

眾所周知，植物利用陽光進行光合作用?，F在有科學家指出，被遮擋的植物可能“看”得見陽光的變化。

當陽光照射植物投下陰影時，一些植物能“看”到周圍其他植物投來的陰影，從而知道在它的附近其他植物存在的情況。如果它發現周圍過于擁擠，自己可能被別人遮擋，它就會限制自己的新生嫩枝的生長，轉而促進主干的生長，以便與伙伴們爭奪陽光。

植物怎么“看”周圍呢?陽光攜帶了大量信息，植物利用一種叫做受光體的分子來解讀陽光所攜帶的信息，其作用非常類似于動物的視覺系統。

通過分析陽光所攜帶的信息，植物能知道“白天變長了嗎?”、“我該開花了嗎?”諸如此類的事情，還能通過陽光確定：春天是否已經來臨?冬天是否已經結束?種子應該什么時候發芽?成熟的植物應該什么時候開花?以開花為例，大多數植物都能夠做到與季節變化保持高度一致，一些植物如果白天時間太長就不開花，而另一些植物只是在白天時間持續足夠長時才開花。

植物是怎樣得到這些信息的呢?——植物能夠“研究”由各種顏色組成的環境光，并通過改變自己的生長模式做出相應的變化。例如，遍布于植物的葉子和莖干的葉綠素通過葉子有選擇地從自然光中吸收紅光、藍光，而反射遠紅外光。如果一株植物處在過于濃密的環境當中，那么它周圍的紅光就會較少，而遠紅外光則會較多。因此，只要它檢測出紅光和遠紅外光之間的比值，就會馬上知道自己是否被遮擋了。

植物不僅能測量各種顏色的光的量，而且還能測量各種顏色的光所占的比值。在野外，草的最上層葉子接受到的陽光最多，被遮擋的只是它們的根部。因此，植物的根部接觸到的是較低的紅光一遠紅外光比值(即紅光少，遠紅外光多)。

科學家們在潘帕斯草原上做了一個簡單易行的試驗：給植物照射人造紅光。如果植物被欺騙，根據顏色比值錯誤地估算出其周圍伙伴的密度，認為自己周圍的疆土還非常寬闊，不必朝上發展去爭奪陽光，那么它們就會在人造紅光下繼續生長，長出更多的分蘗。

結果，植物真的被欺騙了，它們在根部長出了許多嫩枝。后來這塊地的植物由于生長得過于擁擠，大部分都死掉了。植物被紅光所愚弄，錯誤地認為生長在附近的其他植物非常少，從而降低了與其他植物爭奪資源的能力。

后來的發現令科學家更加驚奇：即使那些生長密度非常低的植物(低到鄰居的陰影幾乎達不到它們身邊)，居然也能夠感覺到其鄰居的存在。也就是說，植物在其競爭伙伴投出陰影照到它們之前就已經“看見”競爭伙伴了。實際上，光譜構成上出現的細微變化(由葉片傳播、反射的遠紅外光增加)向植物提前發出了警告信號=競爭者即將到達。

植物從發芽開始終其一生都受到光的強烈影響，光在決定植物的生長速度和開花時間上起著至關重要的作用。過去科學家認為，光合作用是將光與植物生長聯系在一起的關鍵，實際上，植物不是通過聚集光的能量來促使其生長，而是通過搜集和加工光所攜帶的信息來促使其生長。雖然植物沒有感覺器官來感知光，但在其身體內的每個細胞內都有受光體。受光體能使植物感覺到光的存在、強度、持續時間、方向以及顏色的相對比值。

在植物稀少的環境中，照射到植物上的紅光占有較高的比值，它促使天平朝活躍的光敏色素形式傾斜，從而抑制莖干的生長，植物將會越長越密；在植物密度較大的環境中，因為大部分紅光被植物葉片吸收了，很少有紅光能到達地面，紅光一遠紅外光的比值就會大大下降，它促使天平朝不活躍的光敏色素形式轉換，植物就越長越高，植物長得越高就越有利于它同其他植物爭奪陽光。

除紅光和遠紅外光外，植物還能“看見”藍光。與紅光一樣，藍光也能促進植物莖干的生長，植物在藍光的照射下還會發生彎曲。

植物能“睡”

含羞草或合歡等豆科植物白天打開葉子，一到夜里就閉上葉子“睡覺”，這種由葉子的開閉引起的植物的“睡眠運動”自古以來就受到人們的關注。最早的記錄可追溯到公元前4世紀留下的亞歷山大帝命令部下調查“何以睡眠”的記錄。到了18世紀，法國的生物學家德·梅蘭發現，即使將含羞草置于光射不進去的洞穴中，幾天之中，它仍持續以24小時為周期開閉葉片，也就是說它不受光等外部環境的影響，這說明在它的體內存在周期性運動的“生物鐘”。

達爾文是最早對植物運動進行系統研究的科學家。他晚年被植物的多樣性吸引，與兒子法朗西斯一起仔細觀察了300多種植物，在他去世前2年(即1800年)，達爾文寫了一本有關植物的睡眠運動、彎曲運動以及旋轉攀登運動的長達600頁的巨著《植物的運動》，該書已經成為經典名著。

現在，科學家通過顯微鏡觀察已經知道，植物的睡眠運動是由葉柄上一種叫做“運動細胞”的特殊細胞的膨脹或收縮引起的。運動細胞吸水撐大后葉子就張開，運動細胞排出水縮小后葉子就閉合。調節這種運動細胞的體積變化的是細胞膜的“鉀通道”——根據生物鐘按一定的時間周期開閉鉀離子通道，伴隨著鉀離子從通道的出入，水或者進入細胞內或者跑出細胞外。

科學家最終成功地分離出了兩種物質，一種是讓植物葉子閉合(即使是在白天)的“睡眠物質”，另一種是讓植物葉子張開(即使是在黑夜)的“覺醒物質”。植物的睡眠運動就是由這兩種性質相反的物質控制的。

迄今為止，已經從含羞草、決明屬、葉下珠屬、鐵掃帚、合歡屬五種豆科植物中各自成對地分離出了“睡眠物質”與“覺醒物質”。各植物的這些物質對于其他植物完全不起作用。例如即使將合歡屬的“睡眠”或“覺醒”物質以10萬倍的濃度作用于含羞草，也完全沒有效果。

那么，生物鐘是怎樣控制植物的“睡眠運動”的呢?科學家通過定時采集、萃取、測量植物體內所含的“睡眠”或“覺醒”物質發現，“覺醒物質”的濃度幾乎全天恒定，而“睡眠物質”的濃度卻是在張開葉子的白晝減少，在閉合葉子的夜間增加?！坝X醒物質”與“睡眠物質”的平衡濃度的變化，決定了葉子是閉合還是張開。

豆科植物究竟為什么“睡眠”?達

爾文說是“為了保護身體免受夜間低溫的侵襲，采用閉上葉子睡眠的辦法”；20世紀70年代生物鐘理論的世界權威歐文·比寧格說是“為了防止因月光那樣的明亮光引起生物鐘的復位”。

不管植物“睡眠”是為了躲避夜間的低溫還是夜間明亮的月光，這些說法都缺乏實驗上的依據，也就是說人們一直不能制造出不“睡眠”即不閉葉子的豆科植物?，F在科學家終于可以讓植物不“睡覺”了。他們合成了一種阻礙鐵掃帚“睡眠”的物質，將這種物質作用于一株鐵掃帚，果然它的葉子就張開了。不過這種植物由此患上了“失眠癥”，葉子一直張開著。由于不睡覺，結果這株植物受到了傷害，兩周后完全枯萎了。這個實驗也證明了：“睡眠運動”是植物生存不可或缺的生命現象。

植物能“吃”

——食蟲植物維納斯捕蠅草

一朵美麗異常的鮮花在云遮霧罩的沼澤地里盛開著，發出一縷縷誘人的香氣。一只蜜蜂禁不住花香的誘惑，急速扇動著翅膀，發出嗡嗡的尖叫聲，撲向眼前的獵物。當它落到花朵上后，才發現自己犯了一個致命的錯誤，但為時已晚——葉子迅速閉合，就像食肉動物吞下獵物一樣，可憐的蜜蜂只進行了短暫的掙扎，便成了植物的腹中餐。

這一幕有點像科幻大片里的情節，但卻是自然界中的真實存在。這種植物就是維納斯捕蠅草。之所以用“維納斯”這一名字命名它，是因為植物學家發現，這種植物對昆蟲的誘惑同漂亮女人對男人的誘惑存在某些類似之處。

大名鼎鼎的捕蠅草其生長的地理區域卻出奇的狹窄。目前，人們只在美國卡羅來納州北部和南部沿海地區發現了這種植物，即便在這些地區，它們也只生長在潮濕多雨的沼澤地或濕地內。

捕蠅草能吃昆蟲和蜘蛛類節肢動物，如蜘蛛、蒼蠅、蟋蟀、蛞蝓以及各種毛蟲等。

維納斯捕蠅草為何要吃昆蟲呢?與其他植物一樣，它也是通過光合作用來獲取營養的，利用太陽能促使二氧化碳和水轉換成糖和氧，然后糖又轉換成三磷酸腺甙這種能量形式。除了合成葡萄糖外，這種植物還需要氨基酸、維生素以及其他維持其生命所需的細胞成分。為了得到這些物質，維納斯捕蠅草必須補充以下養分：氮(制造氨基酸、核酸和蛋白質)、磷(是攜帶能量的三磷酸腺甙成分的一部分)、鎂(是酶所不可或缺的一種合作要素)、硫(能制造某種氨基酸)、鈣(制造植物細胞壁)、鉀(調節水在植物體內的進出運動)。

然而，在維納斯捕蠅草居住的沼澤地里的土壤中卻缺少以上這些營養物質。由于自身無法制造生長所必需的構結材料，因而大部分植物在這種環境中都無法生存。然而，在長期的進化中，維納斯捕蠅草逐漸適應了這種獨特的生態環境，它們成功地進化出一種能力：通過尋找其他替代物質來獲取其生長所必需的營養物質。而像昆蟲之類的生物正好能提供土壤中所缺失的營養物質。

與我們人類不同，植物沒有復雜的肌肉和下顎腱使它能夠去爭搶、咀嚼、吞咽或加工食物。不過，維納斯捕蠅草進化出了一種高度特化的葉子來完成這一系列復雜過程。葉子既是它的嘴又是它的胃。

其實，大部分植物都具有吸引動物如昆蟲的某些生理功能。比如：很多植物在長期進化過程中演化出濃烈的氣味和甜甜的汁液，以此來引誘蜜蜂、蝴蝶和其他昆蟲前來覓食，這些昆蟲在覓食過程中將花粉帶到了附近同類植物的花朵上，從而起到了傳精受粉的作用。維納斯捕蠅草同樣具有這種生理功能，它專門用來誘捕獵物的葉子能分泌一種蜜汁，以此來引誘昆蟲。

當一只昆蟲落到或爬到維納斯捕蠅草的葉面上時，它很可能會碰到葉面上的六根又短又硬的絨毛，這些絨毛被稱做觸發毛發，其作用機制相當于植物的探查系統。如果其中的兩根絨毛被反復碰擦，或其中一根絨毛被觸摸兩次以上，那么葉子就會在半秒鐘之內迅速閉合，從而將昆蟲裹入腹中。

盡管沒有大腦來幫助它對眼前的物體進行分析、判斷，但維納斯捕蠅草仍能準確地識別落在它葉面上的究竟是昆蟲還是別的東西。這一判斷過程還是通過它的六根觸感絨毛來完成的。如果一只昆蟲被觸感絨毛絆住，就會拼命掙扎，以求逃脫。但這樣做的結果無疑是向捕蠅草發出了一個信號——是“活物”，從而使葉子完全關閉。昆蟲掙扎得越猛烈，葉子關閉得也就越迅速。葉子閉合后，一般要經過12個小時的消化過程才會重新張開。如果是沒有生命的物體，像小石子、樹枝段片、樹皮和樹葉等落到葉面上，則不會觸發觸感絨毛。

維納斯捕蠅草顯然存在著明顯的生理缺陷。如果在它消化食物時又有蒼蠅或蜘蛛等昆蟲爬上葉面，它就只能眼睜睜地看著這些小動物在它旁邊爬來爬去。這就有點像你塞了一嘴的雞骨頭，看著滿桌的美味佳肴而不能吃一樣。所不同的是，你有意識，知道自己在干什么，而它沒有意識，只是被動地在從事某類活動。由此我們可以看出，維納斯捕蠅草存在兩個方面的生理缺陷：它沒有大腦來告訴它應該如何選擇食物，再者，它缺乏能讓它吐出東西的肌肉組織。

陷阱一旦完全關閉，昆蟲只能是死路一條。為了保證昆蟲被完全包裹在里面，葉子邊緣部分的纖毛就像人類的手指一樣會緊緊地拉拽在一起。這些長長的絨毛看上去就像植物的牙齒一樣，但實際上纖毛只起關閉陷阱的作用，并不能用來咀嚼食物。

維納斯捕蠅草并非什么活物都能吃，這里有一個體積限制。這種植物的葉片一般只有1英寸(1英寸=2.54厘米)長，理想的食物體積應在1/3英寸左右。如果一只昆蟲的體積過大，葉子就無法緊密閉合，細菌和霉菌就會趁虛而入。細菌和霉菌一旦鉆進來，就會在腐爛的昆蟲尸體上迅速繁殖，葉子就會遭殃。隨著葉子的腐爛，葉片將會變黑，最終導致整個葉片的脫落。維納斯捕蠅草的葉片掉落后并不影響它的捕食能力，因為最終它還會長出新的葉片來。葉片一般可關閉10－12次，然后它就會失去捕捉昆蟲的能力：葉片無法再閉合了，也不能吸引和吞吃昆蟲了。這時葉子就只具有光合作用，大約再經過2－3個月，葉子就會掉落。

昆蟲一旦被完全封閉在葉片里，消化過程就開始了。葉片就成了植物的胃，與我們人類的胃一樣。它也會分泌酸性消化液體，以融化食物的軟體組織和細胞膜。消化液體還能起到殺菌的作用，殺死與食物一起被吞入的少量細菌。

消化液是從葉片表層的腺體上分泌出來的。泡在消化液里的昆蟲一般要經過5到12個小時的消化過程才會被完全化掉。隨著昆蟲的消化，營養物質不斷被植物吸收。消化時間的長短主要取決于以下幾個因素：昆蟲體積的大小。昆蟲的個頭越大，消化時間就越長；葉子的年齡。葉子的年齡越大，它分泌的酸和酶的混合液體就越少，消化過程就越長。溫度。周圍的環境溫度能影響分解速度的快慢，溫度越高，產生的酶就越多。一旦營養物質被完全吸收，葉子就會重新打開，以等待下一位來訪者，而昆蟲的外骨骼等不易被消化的東西要么被雨水沖掉，要么被大風刮跑。