陸紓文
從出生的第一天起，我們就開始運用「五感」（視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺）來探索周圍的世界。上世紀90年代，生物學家丹尼爾·查莫維茨開始對植物和人類感覺的相似性產生興趣。他在一系列研究中發現，植物和動物之間的基因差異並不像人們原來想的那麼大。
他把這些發現都寫在了一本叫作《植物知道生命的答案》的書裡。從中我們得知，植物沒有中樞神經系統，更沒有大腦，無從協調來自它全身的信息，但是與光、空氣中的化學物質及溫度有關的信息會持續不斷地在植物的根和葉、花和莖之間進行交換，幫助它們更好地適應環境。
【植物能「看」到什麼】
相比人類的眼睛擁有四種類型的光受體，一株植物至少擁有十一種不同的光受體。所以在感知水平上，植物的視覺要比人類複雜得多。這或許是因為，光對植物來說不僅僅是信號，還是食物和能量的來源
你相信植物能看到你嗎？
事實上，它們無時無刻不在監視著周圍的環境。植物能夠知道你是否走近，知道頭頂上方是否有物體遮擋，知道自己棲息的花盆是否被移動過地方……當然，植物並不能像你我這般「看到」畫面，但它們確實能通過「植物視力」看到光，甚至是一些我們只能在腦子裡想像的顏色。
達爾文在他的最後一本著作《植物的運動力》中寫道，幾乎所有的植物都向著光彎曲。的確，我們隨時都能看到種植在室內的植物朝著窗口射入的陽光垂頭彎腰，這一行為被稱作植物的向光性。1864年，一位名叫尤利烏斯·馮·薩克斯的科學家發現，藍光是誘發植物向光性的主要顏色，而其他顏色的光對植物的向光彎曲幾乎不起作用。但當時沒有人知道植物是靠哪個部位，又是如何看到光的。待到1880年，達爾文父子通過兩項實驗確證，向光性是光照射到植物苗梢的結果——苗梢看到光，把信息傳遞給植物的中段，叫它向著光的方向彎曲——這便是植物的原始視覺。
幾十年後，美國農業部的兩位科學家注意到，馬裡蘭州南部山谷中的一個全新菸草品系——馬裡蘭猛獁可以一直生長到近5米的高度，直到霜凍來臨才停止生長，卻幾乎從不開花。他們在實驗中發現，如果馬裡蘭猛獁暴露在夏天的漫長日照之下，就會一直長葉；但如果它經歷了人為製造的短日照，就會開花了。這一光周期現象證明植物能夠測算它們獲得了多少光。於是科學家的腦海中又萌生了新的問題：植物測量的是白晝的長度還是黑夜的長度？它們看見的又是什麼顏色的光呢？
差不多第二次世界大戰的時候，科學家發現，只消在半夜快速點亮燈光再滅掉，就可以控制植物的開花時間，這說明植物測量的不是白晝的長度，而是黑暗的連續時長。他們同時發現，不管用什麼植物做實驗，它們都只對夜晚的紅色閃光有反應。多麼神奇！植物竟然還能區分顏色：它們靠藍光知道向哪個方向彎曲，卻靠紅光測量夜晚的長度。
之後，在20世紀50年代早期，科學家又獲得一個驚人的發現：如果你在夜間給植物反覆照射紅光和最常在日暮時分出現的遠紅光，那麼它們只能記住自己看到的最後一種顏色。這個似乎不難理解：在自然界中，任何植物在白晝將終的時候看到的最後一道光是遠紅光，這意味著它們該「休息」了；早晨，植物看到紅光便又醒來。藉由這種辦法，植物能夠測量黑夜的時長，並相應調整其生長。
於是查莫維茨在書中提出了新的問題：植物究竟是用什麼部位看到紅光和遠紅光，以調控開花的呢？
我們從達爾文的向光性研究中得知植物的「眼睛」在莖尖，於是想當然地認為負責光周期現象的「眼睛」也在同樣位置。然而答案大相逕庭。事實上，照亮任何一片葉子都足以調控整株植物的開花時間，而如果把所有的葉子摘除，只留下莖和莖尖，植物就失去了感知紅光和遠紅光的能力。
相比人類的眼睛擁有四種類型的光受體，科學家們發現，一株植物至少擁有十一種不同的光受體：有的告訴它們何時萌發，有的告訴它們何時向光彎曲，有的告訴它們何時開花，有的告訴它們夜幕已經降臨……所以在感知水平上，植物的視覺要比人類視覺複雜得多。這或許是因為，光對植物來說不僅僅是信號，還是食物和能量的來源。
【植物能「嘗」到什麼】
儘管植物可以通過光合作用自己製造糖分，但它們仍依賴外部資源獲取生命必須的礦物質——植物在土壤中「嘗」到的東西對於它的生存極為重要
人類需要通過攝入動植物來獲取熱量，但植物卻有獨特的本領，可以通過光合作用自己製造糖分。儘管如此，它們仍依賴外部資源獲取生命必須的礦物質——植物在土壤中「嘗」到的東西對於它的生存極為重要。
如果把植物比擬成動物，那麼它們的「舌頭」就生長在根部。植物的根扎入土壤，吸收必需的水分和礦物質，同時感知到在土壤中傳遞的、來自鄰近的根和微生物的化學信息。當它們感受到脅迫時，還會更多地吸收那些可以幫助它們渡過難關的礦物質。
科學家在一項研究中發現，如果擬南芥生存的土壤的pH值變小，它們的根就會比正常條件吸收更多的鎂。由此可見，植物能夠感知土壤中的礦物質，並決定對某一種元素的吸收量。具體來說，植物首先「嘗」到根表面土壤中的礦物質，然後由內皮層決定哪些礦物質需要被充分地攝取和內化。從本質上來看，植物嘗味的機制與人體細胞維持礦物質內穩態的機制十分相似。
無論我們是否有過給植物施肥的經歷，都不難認知植物味覺對其生理的重要性。查莫維茨在書中指出，人類對於植物營養和植物味覺的理解促成了始於20世紀初的第二次農業革命。當時農作物單產的巨大提升要歸功於三大技術成就——作物高產品系的成功培育、高科技灌溉方法的應用，以及化學肥料的投產和廣泛使用。如今，全世界的植物學家還在努力培育不需要那麼多肥料和水也能保持高產的新品系。要做到這一點，我們首先就要理解植物如何「嘗」到礦物質，如何感知和吸收它們，然後才可以讓作物的生理活動效率得到提升。
當然，動物（包括人類）的生存不僅需要能量，還需要水，植物同樣如此。它們能夠在土壤中獲得多少水，與能獲得多少養分一樣，都會影響它們的生長。作為最先同水和養分打交道的器官，根必須具備在土壤中「嘗」到它們的能力。
早在19世紀，植物學家尤利烏斯·馮·薩克斯就描述了植物感知到水，並向水生長的現象——這種現象被稱為植物的向水性。當土壤的水位下降時，根系能夠向植株發出信號，後者於是關閉葉子上的氣孔減少蒸騰，同時改變根繫結構尋找新的水源。你或許會認為，植物在水分不足時會減緩生長速度，但事實恰恰相反。在缺水初期，植物會加快根系往土壤深處生長的速度——它們等於是押上賭注，向最可能找到水的地方拼命生長。
植物可以通過「嗅覺」交流病原體或昆蟲的來襲，那麼它們能否通過「味覺」 交流缺水之類的生理狀態呢？
在分根實驗中，科學家將一株豌豆的根分成兩部分，分別種在1號盆和2號盆中，隨後將第二株豌豆的根分別種入2號盆和3號盆……以此類推，科學家用七個盆串聯起了六株豌豆。接著研究者改變1號盆的環境，使第一株豌豆處在乾旱之中。接下來，出人意料的一幕發生了：儘管第一株豌豆有一半根系仍然保持良好的溼潤狀態，它還是在15分鐘後關閉了葉片上的氣孔，緊接著，第二株、第三株……所有的豌豆都依次關閉了氣孔。研究團隊推測：有一個信號從同一植株的受迫根系傳遞到了其它根系，並促使未受脅迫的根系將信號釋放到土壤中，告知鄰近的植株乾旱正在逼近。
【植物能「嗅」到什麼】
植物不但能散發氣味吸引動物和人類，也能聞到自己以及鄰近植物的氣味。與感受到的廣譜視覺輸入相比，植物能聞到的氣味範圍是有限的，但這並不妨礙它們為周圍的植物體傳達巨量信息
我們知道，在水果中放入一個成熟的蘋果，能起到催熟作用。20世紀初，美國佛羅裡達州的農民用加熱煤油的方法來催熟柑橘。這兩者有什麼共同之處？原來，成熟蘋果周圍的空氣裡含有乙烯，這同樣也是煤油中存在的物質。水果「嗅」 到乙烯，在這種氣味下做出快速成熟的行為，就如同我們聞到鄰居家烤肉的煙味，然後垂涎欲滴一樣。
那麼，為什麼是乙烯呢？研究發現，所有植物（包括微小的蘚類）在生命的整個階段都會產生乙烯，這種激素對於植物的衰老尤為重要，是葉片衰老形成紅葉的主要調控因子。正在成熟的果實會釋放大量乙烯，這不僅保證了整個果實的均勻成熟，也使鄰近的果實成熟並釋放出更多的乙烯。從生態角度來看，一批成熟的果實也更容易被動物識別，進而在種子的傳播中發揮優勢。
既然植物擁有嗅覺，那麼它們對於不同的氣味是否也有所偏好呢？
五角菟絲子是一種細長的橙紅色藤蔓，它沒有葉片，也沒有用來進行光合作用的葉綠素，只有把自己附著在寄主植物身上吸吮養分，才能夠養活自己。令人著迷的是，菟絲子在「偷食」的過程中居然還有口味偏好——它會在鄰近的植物中挑出專門的種類來侵害。
賓夕法尼亞州州立大學的康蘇埃羅·德莫拉埃斯博士在實驗中發現，菟絲子的藤蔓從來不向空花盆或放著假植物的花盆生長，而是義無反顧地向著番茄生長——不管她把番茄放在光照下還是陰暗中。德莫拉埃斯由此推斷，菟絲子實際上是在嗅番茄。於是她用番茄莖的提取物製造了一些「番茄香水」，將其塗抹在棉籤上，然後插入花盆中。有趣的一幕發生了——菟絲子果然上當受騙，朝著散發出番茄氣味的棉籤生長開去。
引誘菟絲子的是一種名為「β-月桂烯」的揮發性物質。不過科學家還發現，同樣含有這種物質的小麥卻不受菟絲子的待見。原來除了β-月桂烯，小麥還會釋放（Z）-3-己烯-1-基乙酸酯。比起β-月桂烯的吸引力，這種物質對菟絲子的驅逐效力更大。實際上，菟絲子是在背離（Z）-3-己烯-1-基乙酸酯生長——它覺得小麥的氣味實在是太噁心了。
【植物能「觸」到什麼】
發現植物知道自己什麼時候被觸碰，可能會讓人有點恐慌。畢竟，我們總是從一些花卉上拔下花瓣，或鋸掉樹木難看的枝條。不過科學家們已經證實，植物並不會感覺到疼痛，因為它們沒有大腦
捕蠅草和含羞草或許是我們在談論植物觸覺時最先想到的兩種植物。早在1860年，達爾文就對圓葉茅膏菜用葉子捕捉昆蟲的現象倍感驚訝，並做出食肉植物領域的開創性發現。現在，科學家們已經知道，捕蠅草不但能夠感覺到獵物，還可以感知在捕蟲器內側爬行的生物個頭是否適合食用。原來，那些生長在瓣片內側的巨大黑毛，如果只有一根被觸碰並不會觸發捕蟲器的閉合，而是必須有至少兩根毛被觸碰，且間隔時間在20秒之內才行。這保證了獵物具有理想的個頭，不會從閉合的捕蟲器內掙脫出去。
你知道嗎？一些植物擁有比人類更加靈敏的觸覺。例如，刺果瓜的藤蔓可以感受到重僅0.25克的細絲的重量，這足以誘導藤蔓開始向鄰近的物體纏繞過去。與之相比，大多數人只有在手指上的細絲重量達到2克時才能感覺到它的存在。不過，並非所有的觸碰都會帶來正面效果，科學家們就曾發現，每天觸摸幾下就能讓一片蒼耳的葉子發黃死去。事實上，這種觸碰引發的生長遲滯，恰恰增加了植物在複雜環境中存活的概率。
現在我們知道，植物能夠感受到機械刺激，並通過獨特的方式對不同類型的刺激做出反應。不過，這些反應不是為了幫助它們避免疼痛，而是為了調節發育以更好地適應環境。
早期研究顯示，弄傷番茄的一枚葉子可以引發同一植株上其它葉子的反應，即一類叫作「蛋白酶抑制因子」的基因在完好葉子中的轉錄。科學家猜測，受傷的葉子分泌了一種電信號，並通過葉脈傳送到植株的其它部位。為了檢驗這一假說，他們用熾熱的鋼塊灼燒一片番茄葉，隨後在一段距離外的同一植株上成功檢測到了電信號。顯然，番茄「觸碰」 熾熱金屬後的反應不是逃離，而是警告其它葉子周圍環境中存在危險。
查莫維茨在書中寫道：「作為固著生物，植株不可能像動物那樣逃脫，但它們確能改變新陳代謝去適應各種各樣的環境。儘管在生物體層次上，植物和動物對觸碰的反應方式不同，但在細胞層次上，它們引發的信號高度相似。」
【植物能「聽」到什麼】
儘管許多「邊緣人士」熱衷於推測不同風格的音樂對植物的影響，但得出的「結論」最終都被證明充斥著科學上的錯誤，也從未能夠在任何一家可信任的實驗室中得到重複
現在，幾乎沒有任何猶豫，我們就認定植物一樣擁有「聽」的能力。然而，幾乎沒有什麼可信的研究能夠確證植物對聲音的反應。
查莫維茨注意到，早在一個多世紀以前，達爾文就進行過有關植物「聽覺」 的實驗。作為一位大管愛好者，他做過的最古怪的實驗之一，就是對著一棵含羞草演奏大管，看音樂能否誘發含羞草葉子的合攏。結果你或許已經猜到了——葉子並沒有做出什麼反應，而這項研究也被達爾文自嘲為「蠢人的實驗」。
在破解擬南芥DNA序列的過程中，科學家發現，在全世界的很多實驗室已經確定的50多個人類「耳聾」基因中，至少有10個在擬南芥的基因組中同樣存在。不過需要澄清的是，正如BRCA（與乳腺癌有關）基因在擬南芥中的存在並不意味著植株有乳房一樣，在擬南芥中發現的聾子基因也並不意味著植物具有聽覺。
唉，如此看來，似乎所有的證據都在告訴我們植物真的是個「聾子」。這也難怪查莫維茨在《植物知道生命的答案》的初版中寫道：「即使聽不到任何聲音，植物也已經在地球上繁榮了幾億年了。」不過就在短短的五年之後，這本書的修訂版中已經找不到這句話了。那是因為，在這段時間內，有關植物聽覺的研究領域獲得了一些喜人的進展。
城市工程師早在幾十年前就知道，樹木的根系經常會包圍地下的供水管和汙水管，甚至侵入其中。人們一直認為是這些管道先出現滲水，然後把植物根系吸引過去。不過，科學家的一項研究成果卻提供了另外一種可能——他們發現，如果聲波的波長類似於水流動的振動波長，那麼植物根尖就會明顯向著「水源」 彎曲。這似乎暗示了根可以通過「聆聽」 水流聲來搜尋新的水源。也就是說，那些被發現包圍了管道的樹根是被流水的聲音，而非滲出的水本身吸引！
另一種與植物生理相關的聲音可能是昆蟲的嗡嗡聲。我們知道，有花植物中大部分種類的有性生殖依賴於動物傳粉者。受此啟發，科學家們在實驗中發現，當宿根月見草暴露在天蛾和蜂類的振翅聲中時，植株分泌的花蜜比那些始終處在安靜環境中的植株含有更多糖分。這表明了，植物能夠對某種有生態意義的聲音做出迅速反應。
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盧梭的植物學美夢
盧梭和植物學，聽起來似乎有些奇怪。但是你知道嗎？這位非凡的思想家曾經夢想成為一名植物學家。
1771年，受朋友和表妹之託，盧梭決定教一個4歲的小女孩學習植物學。彼時的盧梭正處於一生中最後的逃亡階段，他離群索居，厭倦了社會，乃至厭倦了自己，一心只想從自然中得到安慰。在這個過程中，他一共寫了近十封長長短短的書信，也就是後來被整理出版的《植物學通信》。
從書中，我們可以看到盧梭對於植物學的理解——「我親愛的朋友，你一定不要給予植物學一種它本身所不具有的重要性；這是一種純粹出於好奇的研究，除了一個喜歡思考、心性敏感的人通過觀察自然和宇宙的神奇所能得到的快樂之外，它沒有任何實際的用處。」
從書中，我們也能讀到他對兒童了解植物的建議——「親愛的表妹，在你建議我教你一些植物學知識以便讓孩子們開心的時候，我就想到，我們可以採用一種有條理的方式，將這種消遣變成對他們有益的東西，以便逐漸培養他們的注意力和觀察能力，尤其是成熟的推理能力。要不然，一種簡單的命名系統只會給他們的記憶裡帶來沉重負擔，他們不僅不能長久地從中體會到歡愉，而且很快就會忘記這些知識，一旦忘記，就將無法從中獲得任何好處。」
從書中，我們還能感受到盧梭對自然的熱愛——「在花園裡，當春日的第一縷陽光灑在風信子、鬱金香、水仙、長壽花以及鈴蘭上時，陽光也將照亮你前進的道路。」
這些通信重現了盧梭畢生沒有放棄的那個植物學美夢，也重現了他那顆明亮的草木之心。
（來源：文匯報）