神奇植物在哪里

劉紓驊

亞馬孫熱帶雨林

如果把地球形成至今46億年的漫長(zhǎng)歷史濃縮為24小時(shí)，人類誕生于這天的最后1分鐘，現(xiàn)代人類文明更是只占據(jù)這天的0.1秒時(shí)間。而最早的植物藍(lán)藻，在上午10時(shí)22分就已經(jīng)蓬勃生長(zhǎng)于原始大海中了。

自人類誕生以來，無論是腰間遮羞的樹葉、手中獵食的木棒和長(zhǎng)矛，還是遮風(fēng)避雨的茅屋，無不來自植物的饋贈(zèng)。在度過250萬年以采集、狩獵為覓食手段的生活后，對(duì)小麥等植物的馴化使人類大踏步進(jìn)入了農(nóng)耕時(shí)代。有了穩(wěn)定、充足的食物來源后，人類具備了發(fā)展文明的基礎(chǔ)。

隨著對(duì)神奇植物的了解深入，人類對(duì)它們功能的開發(fā)也愈發(fā)全方位、多樣化。

從推動(dòng)能源革命的兩億年前的植物“石油”及其衍生品塑料、瀝青、化妝品，到承載全球車輛與飛機(jī)的天然橡膠，植物對(duì)人類文明的躍進(jìn)貢獻(xiàn)良多。

公元前10世紀(jì)左右，兩河流域的文明古國已經(jīng)開始對(duì)石油衍生品加以利用，古巴比倫、古埃及等國在建筑、裝飾、防腐等各個(gè)方面用上了瀝青，原油甚至可以當(dāng)藥物服用。古代中國也不乏對(duì)石油的記載，《漢書·地理志》中，班固就寫下“高奴縣（今陜西延安附近）有洧水可燃”的文字。初次把這種遠(yuǎn)古動(dòng)植物形成的液體定名為“石油”，則是宋朝的《夢(mèng)溪筆談》。沈括在書中預(yù)言：“此物必大行于世。”

苦配巴和它的汁液

工業(yè)革命后，人們需要更強(qiáng)動(dòng)力、更高能量轉(zhuǎn)化率，蒸汽機(jī)、電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)這三種不同能源驅(qū)動(dòng)的引擎，曾在汽車行業(yè)進(jìn)行了為期數(shù)十年的激烈競(jìng)爭(zhēng)，最終以石油精煉物—汽油驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)勝出。20世紀(jì)20年代后，石油的需求量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，石油成為人類社會(huì)的“第三代主體能源”。

石油的供給牽動(dòng)著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，自1973年至1990年間發(fā)生的3次世界性石油危機(jī)，體現(xiàn)了人類社會(huì)對(duì)“工業(yè)血液”石油的極度依賴。石油是不可再生能源，雖然暫時(shí)還沒有枯竭的跡象，但科學(xué)家一直擔(dān)心它不能長(zhǎng)期支持工業(yè)體系。尋找石油替代品時(shí)，科學(xué)家把目光再度投到植物上。

在巴西境內(nèi)亞馬孫流域的原始雨林中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種名為“苦配巴”（Copaiba）的高大喬木，它最高可達(dá)30米，直徑1米以上?！翱嗯浒汀笨梢酝ㄟ^光合作用產(chǎn)生碳?xì)浠衔?，樹干?nèi)貯存的汁液經(jīng)過簡(jiǎn)單加工便可成為柴油，油質(zhì)十分優(yōu)良。

但“苦配巴”產(chǎn)油量不高，成材時(shí)間長(zhǎng)，并不是最理想的燃料植物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球燃料植物每年可產(chǎn)生的能量相當(dāng)于600億噸石油，是全球消耗石油的10倍以上。如果對(duì)燃料植物的利用率大幅提高，世界對(duì)石油的依賴就會(huì)大大降低。

續(xù)隨子植株和種子

大戟科植物“續(xù)隨子”（Euphorbia lathylris L）是更理想的燃料植物。續(xù)隨子是二年生草本植物，在南北美洲、歐洲、北非等地區(qū)廣泛分布。野生續(xù)隨子的種子含油量可近50%，經(jīng)進(jìn)一步培育后有望繼續(xù)提高。其油的化學(xué)構(gòu)成主要為倍半萜烯，植株富含烯烴類碳?xì)浠衔?。它可全株利用，作為生物柴油的原油十分理想。目前，在人工培育的續(xù)隨子田間，每公頃續(xù)隨子可產(chǎn)出最多125桶原油。如果經(jīng)不斷精良育種，以續(xù)隨子為代表的大戟科植物和油桐樹、鼠憂草等，均可成為價(jià)值極高的燃料植物。

金雞納樹

作為汽油的替代能源，乙醇汽油受到多國重視和開發(fā)。乙醇汽油是以90%汽油加10%生物材料制作的乙醇為原料的能源。使用乙醇汽油除了可以改善能源結(jié)構(gòu)、減輕石油依賴外，也可減少尾氣排放中的顆粒物，達(dá)到促進(jìn)環(huán)保的作用。目前，汽油中添加的乙醇主要使用玉米等陳化糧或秸稈等原料制作，產(chǎn)量并不高。

生物材料乙醇由淀粉通過催化劑水解為葡萄糖，再通過酒化酶的作用生成乙醇。原料含淀粉量越高，制作乙醇的效率越高。非主食類的植物—紅薯、木薯、菊芋、高粱等，是生成乙醇的最佳原料。

雖然乙醇汽油仍有短板和缺陷，但科學(xué)家們對(duì)薯類等植物的優(yōu)化培育從未停止。在可以預(yù)見的未來，人類可以借助綠色環(huán)保的燃料植物，塑造更節(jié)能、更高效的未來工業(yè)體系，“生物石油”的紀(jì)元即將到來。

瘧疾是伴隨人類最久的疾病之一，它俗稱“打擺子”，是由蚊子傳播的急性傳染病。瘧疾癥狀有高燒、寒戰(zhàn)、周身疼痛、乏力等，令患者在一定時(shí)期內(nèi)喪失活動(dòng)能力，甚至有生命危險(xiǎn)。瘧疾大面積流行造成的國力衰退，是曾強(qiáng)盛一時(shí)的羅馬帝國衰亡的重要原因之一。

17世紀(jì)歐洲人大舉進(jìn)入美洲時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厝耸褂靡环N神秘的樹皮泡水治療瘧疾。殖民者們對(duì)樹皮的神奇療效大為震驚，把樹皮及用法迅速傳回西歐。這種神奇的樹，就是原產(chǎn)于安第斯山麓的金雞納樹（Cinchona calisaya Weddell）。

這種茜草科喬木最高達(dá)25米，樹皮呈灰褐色。明清時(shí)期，以利瑪竇、湯若望為代表的歐洲傳教士來到中國，除了宗教思想，他們也帶來了包括金雞納樹皮在內(nèi)的西方藥物。

1693年，39歲的康熙皇帝罹患瘧疾，高燒不退，渾身顫抖，紫禁城內(nèi)頓時(shí)亂成一鍋粥?？滴踉诜▏鴤鹘淌靠谥新犅勊麄冇兄委煰懠驳奶匦?，急召傳教士洪若翰等人獻(xiàn)藥。他服下金雞納樹皮粉后，瘧疾很快痊愈。此藥在清代文獻(xiàn)中得名“金雞挐/勒”，代表教會(huì)的洪若翰等人也得到了西什庫教堂北堂作為賞賜。

1712年，康熙的童年玩伴、文學(xué)家曹雪芹的祖父、時(shí)任江寧織造的曹寅也身患瘧疾。由于病情嚴(yán)重，他派快馬自揚(yáng)州至北京向康熙請(qǐng)求賜藥。康熙對(duì)曹寅信重極深，不但星夜派驛馬送藥，還親自手寫了服藥的注意事項(xiàng)。兩地路途遙遠(yuǎn)，曹寅在藥品到來之前去世。從此曹家中落，在雍正皇帝即位后被抄家，曹雪芹在貧寒中寫就了皇皇巨著《紅樓夢(mèng)》。若曹家仍然錦衣玉食，此書怕是不易問世。

19世紀(jì)初，法國化學(xué)家從金雞納樹皮中，分解出對(duì)瘧疾直接起效的成分“奎寧”（Quinine），也稱“金雞納霜”。自此，奎寧作為治療瘧疾的特效藥在世界范圍內(nèi)流行。

奎寧并非仙丹妙藥，它雖然有立竿見影的療效，但也會(huì)對(duì)部分病人產(chǎn)生耳鳴、哮喘、腹瀉、急性溶血等副作用。更嚴(yán)重的是，上世紀(jì)60年代，瘧原蟲對(duì)奎寧類藥物產(chǎn)生耐藥性，藥物療效直線下降。此時(shí)，全世界還有近2億人處在瘧疾的威脅之下，患者的死亡率呈指數(shù)級(jí)上升。

20世紀(jì)50年代，屠呦呦（前右）與老師樓之岑一起研究中藥

1967年，應(yīng)越南政府請(qǐng)求，中國成立了“全國瘧疾防治研究領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室”。兩年后，中醫(yī)研究院中藥研究所39歲的實(shí)習(xí)研究員屠呦呦帶領(lǐng)課題組接受了“中藥抗瘧”的任務(wù)。屠呦呦課題組從收集的包括醫(yī)術(shù)、本草、驗(yàn)方、民間偏方的2000多個(gè)藥方中去蕪存菁，對(duì)其中的200多種藥物進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，歷經(jīng)近400次失敗，終于發(fā)現(xiàn)菊科一年生草本植物黃花蒿（Artemisia annua L，別名草蒿、青蒿）的熟汁提取物對(duì)鼠瘧原蟲（以鼠類為中間宿主的瘧原蟲）有抑制效果。

在焦急設(shè)法提升藥效的階段，屠呦呦在東晉“丹道學(xué)及醫(yī)學(xué)大家”葛洪的《肘后備急方》中發(fā)現(xiàn)了“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”的文字，發(fā)現(xiàn)古人是以鮮榨的方式利用黃花蒿，而煮熟使用會(huì)大大降低提取物的抗瘧效果。

1972年，屠呦呦課題組成功提取出一種無色結(jié)晶體，分子式為C15H22O5，在抗各型瘧疾上相比奎寧類藥物有“見效快、治療效果好、低毒副作用”三大優(yōu)點(diǎn)。這種結(jié)晶體就是如今家喻戶曉的青蒿素。

1973年，屠呦呦團(tuán)隊(duì)成功合成藥效比天然青蒿素更強(qiáng)的雙氫青蒿素。1978年，青蒿素項(xiàng)目的成功正式獲得國家認(rèn)可。2015年，由于青蒿素自瘧魔手中挽救了數(shù)以百萬計(jì)的生命，屠呦呦獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。她也成為了第五位因在人類抗瘧斗爭(zhēng)中做出重大貢獻(xiàn)而獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)的科學(xué)家。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，僅2010—2017年，就有25億劑次以上的青蒿素制劑在非洲使用。

在距今約3億年前的泥盆紀(jì)，裸子植物已于地球上繁盛生長(zhǎng)。如今，它們經(jīng)過幾億年的演變更替，大部分已被種子生存適應(yīng)能力更強(qiáng)的被子植物在生態(tài)位上取代。目前，裸子植物僅余5綱，包括松柏綱、買麻藤綱、銀杏綱、蘇鐵綱和紅豆杉綱。

紫杉醇用自身毒性阻斷癌細(xì)胞的有絲分裂、抑制腫瘤發(fā)展。

紅豆杉可以提取具有抗癌活性的紫杉醇

二戰(zhàn)結(jié)束以后，各國對(duì)醫(yī)學(xué)的投入開始大幅增加。癌癥，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的最大攻關(guān)難題之一。1960年，隸屬美國農(nóng)業(yè)部的一些植物學(xué)家接到了來自美國國家癌癥研究所的一項(xiàng)委托，對(duì)方請(qǐng)他們從盡量多的植物中收取樣本，以便進(jìn)行篩選抗癌活性物質(zhì)的試驗(yàn)。

1962年，植物學(xué)家亞瑟·巴克萊于華盛頓州帕克伍德鎮(zhèn)北的一棵短葉紅豆杉（Taxus brevifolia Nutt）上提取了一些樹皮樣本，并與其他200多種樣本一起提交研究機(jī)構(gòu)。經(jīng)過4年多的研究，科學(xué)家門羅·沃爾及團(tuán)隊(duì)在1967年召開的美國化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議上宣布了研究成果：從紅豆杉樣品中提純出一種可以抗癌的活性提取物，后命名為紫杉醇（Taxol）。

1979年，紫杉醇的作用原理確定。它用自身毒性阻斷癌細(xì)胞的有絲分裂、抑制腫瘤發(fā)展。自1984年正式進(jìn)行臨床試驗(yàn)以來，紫杉醇的表現(xiàn)十分優(yōu)異，對(duì)卵巢癌、子宮癌、乳腺癌等病癥有特效。紫杉醇可使晚期卵巢癌患者的生命持續(xù)時(shí)間，比采用標(biāo)準(zhǔn)治療的患者延長(zhǎng)50%左右，引起了醫(yī)療界的高度關(guān)注。

自侏羅紀(jì)便已出現(xiàn)的紅豆杉科植物，以它們的方式給予了人類無私的幫助。由于提純紫杉醇需要大量紅豆杉植株，在美國環(huán)保部門對(duì)紅豆杉立法保護(hù)之后，發(fā)達(dá)國家大量收購紅豆杉的熱潮席卷各發(fā)展中國家，直到法、美科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了半合成紫杉醇的方法，這股攫取之潮才緩緩降溫。

如今，紫杉醇已廣泛用于黑色素癌、肺癌、部分頭頸癌等多種癌癥的化學(xué)治療中。嚴(yán)重的原料不足，也使全球頂尖醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)紛紛投入全合成紫杉醇的研究中。到目前為止，全合成紫杉醇依然有成本昂貴、合成復(fù)雜、條件苛刻等缺點(diǎn)，不具備大規(guī)模工業(yè)化合成的條件。以人工方式培育富含紫杉醇原料的新種紅豆杉，是半合成的方式之一。就目前來看，以此種方式降低生產(chǎn)成本，比全合成方式的成功率更大。

詩人陶淵明在《歸田園居》中寫道：“榆柳蔭后檐，桃李羅堂前?！痹谌祟惻c植物共存的數(shù)百萬年中，神奇的植物們給人類提供了生理和心理上的包容庇佑，與人類共同經(jīng)歷著發(fā)展與演化。目前，被人類開發(fā)的植物資源只占全部植物的極小部分，無數(shù)植物寶藏仍在靜靜等待發(fā)掘。

特約編輯榮智慧 rzh@nfcmag.com