植物的“眼睛”

張守忠

長(zhǎng)期以來，植物學(xué)家們一直想解答這樣一個(gè)問題：植物能不能“看見”周圍的光線?科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某些植物的生長(zhǎng)空間變得過于擁擠，開始相互遮擋時(shí)，新生嫩枝的生長(zhǎng)就會(huì)受到限制，主干的生長(zhǎng)則會(huì)加快，以便與鄰居們爭(zhēng)奪陽(yáng)光。這些植物似乎能感覺到其他植物投來的陰影。然而它們究竟通過何種渠道感知到其他植物存在的呢?

近年來，越來越多的植物學(xué)家認(rèn)識(shí)到，植物除了能利用陽(yáng)光進(jìn)行光能合成外，還有更多的功能。植物通過許多復(fù)雜手段獲取并解讀陽(yáng)光攜帶的各種信息，這些信息反映了周圍環(huán)境的變化情況。植物不僅能感覺到其他植物的存在，并以各種方式最大限度地提高生存幾率，而且還能通過陽(yáng)光確定春天是否已經(jīng)來臨，冬天是否已經(jīng)結(jié)束。通過陽(yáng)光，種子知道什么時(shí)候應(yīng)該發(fā)芽，成年植物知道什么時(shí)候應(yīng)該開花。

植物開花過程是一個(gè)非常有趣的事情，因?yàn)榇蠖鄶?shù)植物能做到與季節(jié)變化保持高度一致。如果白天時(shí)間太長(zhǎng)，某些種類的植物就不會(huì)開花；而某些植物只有在白天持續(xù)足夠長(zhǎng)的情況下才會(huì)開花。觀察結(jié)果表明，植物能隨著季節(jié)的變化估算出白天的變化長(zhǎng)度。而要做到這一點(diǎn)，它們必須會(huì)區(qū)分白天和黑夜，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)度，綜合各種信息。植物真的具有這種能力嗎?研究表明答案是肯定的。就像植物通過受光體測(cè)量光線一樣，它們也能測(cè)量時(shí)間，準(zhǔn)確地說是通過生物鐘來測(cè)量。

早在很多年前，植物學(xué)家就已認(rèn)識(shí)到，光在決定植物的生長(zhǎng)速度和開花時(shí)間上起著至關(guān)重要的作用。但是，那時(shí)的科學(xué)家認(rèn)為，光合作用是促使植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。目前，許多科學(xué)家認(rèn)為，這個(gè)結(jié)論有些過于簡(jiǎn)單化。實(shí)際上，植物不是通過聚集光的能量來促使其生長(zhǎng)，而是通過搜集和加工光攜帶的信息來促使其生長(zhǎng)。雖然植物沒有感覺器官來感知光，但其體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞內(nèi)卻生有受光體。受光體就像它的一對(duì)眼睛，能使植物感覺到光的存在、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、方向以及顏色的相對(duì)比率。

光攜帶了大量信息，而植物能夠解讀這些信息。植物是通過“研究”白色環(huán)境光(由各種顏色組成)開始解讀光所攜帶的各種信息的。葉綠素有選擇地從白光中吸收顏色或波長(zhǎng)。綠葉能吸收大部分紅光和藍(lán)光，并通過葉片反射、傳播一種被稱做“遠(yuǎn)紅光”的光線，這種光的波長(zhǎng)恰好在可見光范圍之外。

植物不僅能測(cè)量各種顏色的密度，而且還能測(cè)量某種顏色配對(duì)的比率。科學(xué)家們?cè)鲞^一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，最終得出一個(gè)結(jié)論：植物通過測(cè)量紅色與遠(yuǎn)紅色之間的比率能“看見”其他植物葉子的陰影。這一觀點(diǎn)認(rèn)為，植物所處的環(huán)境如果過于濃密，其他植物反射的遠(yuǎn)紅色光就會(huì)增多，而吸收的紅色光就會(huì)減少。因此，植物只要檢測(cè)出紅色和遠(yuǎn)紅色光之間的比率，馬上就會(huì)知道它是否被遮擋了。

隨著植物視覺系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們一直在努力尋找植物在分子層面的工作原理。地球上的大部分生物都適應(yīng)了一天24小時(shí)的循環(huán)形式，植物當(dāng)然也不例外。大部分生理過程都是按一天的生理節(jié)奏進(jìn)行的。早在1930年，德國(guó)生理學(xué)家歐文·勃寧就提出一種假說，他認(rèn)為，植物通過其體內(nèi)的生理鐘測(cè)量一天的長(zhǎng)度。但是生理鐘并不像機(jī)械鐘那樣準(zhǔn)確，其循環(huán)周期只是大致接近24小時(shí)。因此，生理鐘必須不斷進(jìn)行調(diào)整，以與太陽(yáng)的循環(huán)周期保持同步。植物的感光受光體就起這種作用。

1998年，植物生物學(xué)家史蒂夫·凱和他的研究小組第一次鑒定了一種能讓植物生理時(shí)鐘保持同步的受光體。這些分子就是光敏色素和隱秘色素。不久前，一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，植物即使缺乏光敏色素和隱秘色素，仍能測(cè)量時(shí)間。這說明其他受光體發(fā)揮了作用。

植物學(xué)家克林·皮特恩認(rèn)為，生理時(shí)鐘直接促使植物生成一種能對(duì)光的季節(jié)變化產(chǎn)生反應(yīng)的分子。同時(shí)他又指出，無論是這種分子還是受光體都無法單獨(dú)發(fā)揮作用，二者必須結(jié)合起來才能促使植物開花。

植物學(xué)家對(duì)近來取得的成功感到非常高興，他們發(fā)現(xiàn)了植物通過一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)使其生長(zhǎng)與環(huán)境變化保持一致的秘密。

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責(zé)任編輯：蒲暉