春天,我們置身於一棵樹跟前,或者一朵花面前,感受到一種莫名的愉悅感。你會如何理解這種感覺?用審美來解釋顯得理所當然,只是其中多多少少地帶著人類的傲慢。生物學界有一種親生命假說認為,人類天然有種自然的本能,那是最古老的邊緣系統在起作用。
我們最好還是銘記這種神秘感,那也許是來自十億到四億年前的遙遠共振。那時,為獲取維持生命所需的營養,動物選擇了移動,而植物則在演化上做出一個截然不同的決定。
如今,它們成了佔地球生物總量的百分之九十九的生物。從動物的視角看,植物的處境沒有最壞,只有更壞,因為它們連動都不能動。然而在「去中心化」成為時代熱詞的時候,我們驚覺植物世界早已將這種規則運轉了億萬年——它們顯然選擇了一種現代化的演化方式。
01 植物演化出的複雜智能
當人們發現並開始思考這個問題,才會真正意識到,植物是一種具備複雜智能的顛覆性的生命形式,就如同我們身邊的「外星人」,其智能的表現方式可能與動物和人類完全不同。在讀庫2017年出版的一本小冊子《它們沒大腦,但它們有智能》裡,義大利的植物神經學家斯特凡諾·曼庫索說了這樣一段話:
對植物智能的研究會讓人類有根本性進步,讓我們用不同的眼光看待自己的思維。假設有一天,我們與某種來自外星文明的生命取得聯繫,會發生什麼?如果無法交流,我們是否起碼可以識別它們?很可能不會。看上去人類不能識別和自己不同的智能,所以,與其說我們在尋找外星文明,還不如說在尋找自己失落在外太空的同伴。如果外星智能真的存在,相信演化的形式也和我們非常不同。它們由不一樣的化學成分構成,適應不同的環境,這都是我們所不了解的。
如果我們對與自己共享了大部分演化史的植物的智能都不屑一顧——即使它們跟我們有同樣的細胞結構、同樣的環境和需求,我們怎麼能指望自己會認可外星文明?比如,為什麼在另一個星球上、在完全不同的環境裡、在完全不同的條件下演化出的智能生物,會和我們一樣使用聲波來溝通?
當我們真的開始試圖了解一棵植物,會發現這遠不止知識的拓展,而是一種視角的根本轉換。鑑於大部分人對植物的認識都很落後與刻板,閱讀《它們沒大腦,但它們有智能》的過程更像是看一本科幻讀物。植物具有複雜且靈敏的感知能力,它們沒有眼睛、鼻子、耳朵、舌頭、皮膚,但同樣有視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺,還有有感受重力、測量溼度、確知礦物質的含量等等其他十五種感覺。
這聽來非常不可思議,但實際上是人們長期以來對感官的理解過於狹隘。植物並不具備類似大腦的核心器官,但它們一樣能夠感知周圍環境,甚至要比動物還靈敏。因為它們把動物集中在特定器官的功能分布到了全身,用全身看,用全身聽,用全身計算,用全身呼吸……
植物朝著光源的方向生長,這樣的向光性即說明它們有視覺;植物根系向深處生長,去探尋土壤中含有的礦物,說明它們有嗅覺;捕蠅草如果捕到小蟲就會鎖住葉片,但如果物體不可食用或不對味,就會重新張開葉片,說明它們有味覺選擇能力;牽牛花、紫藤的觸鬚和莖有去尋找和攀住支持物的能力,含羞草遇觸摸會閉合,都說明它們有觸覺;有實驗暗示,植物似乎可以通過感知水流的振動波長來搜尋水源,這是植物聽覺的一種展現……
含羞草是一種敏感植物,遇到觸碰會縮回葉片。
甚至,植物還是有「記憶」的。在曼庫索的新書《失敬,植物先生》中,作者對含羞草進行了多次實驗,通過不同形式的刺激證明含羞草可以識別沒有威脅的動作,不再對其縮回葉片,並且可以將這種認知維持四十天以上。實際上,植物總是按照固定時間開花這一行為,本身就是記憶能力的一種表現,背後是表觀遺傳在發揮作用。這些能力各自有非常複雜的機制,而每個方向都有其巨大的潛力,可以幫助人類重新理解生命體和我們自身。
由此,植物的形象得以更新,它們才不是安定安寧、歲月靜好的樣子,除了不能動,它們簡直是無時無刻不在使用渾身解數來努力生存下去。植物會積極搶奪土壤和空氣中的有限資源;能精確地評估自身情況,精細地分析成本及效益;還能對周圍環境的刺激做出判斷,合理應對。它們沒有所謂的理性,卻往往能抉擇出最平衡的生存方案。
不過,連「靜止」這一關於植物的固定印象,也早已經被打破。除了跳舞草、捕蠅草等植物能進行的葉片動作,有些植物甚至可以不耗費任何能量就實現運動,仿佛個個是物理學霸。《失敬,植物先生》中提到一種牻牛兒苗屬植物,它們的種子會全部擠在一起,等一陣風或一隻昆蟲輕微的觸碰,種子就會瞬間迸裂四散,發射到幾米開外。然後,它們會用身上的毛刺鉤住動物的皮毛去往遠方。
芹葉牻牛兒苗的芒有雙重功能——提供種子爆裂的動力,以及種子自身運動的動力。
等到種子一著陸,表面的毛刺會幫助種子移動,一旦在土地上找到小縫隙,這些毛刺就會幫種子將尖端朝下,移動到準確的位置。這時,晝夜溼度變化讓種子的芒發生捲曲和伸展運動,產生驅動力,又由於尖端的形狀能使運動方向保持恆定,可以讓種子不斷朝著土壤更深處移動。幾輪晝夜交替後,種子抵達地表以下幾釐米的理想位置,隨後發芽、生長。多麼優雅、省勁又高效的一整套運動方式!
02 植物世界的「意識形態」
以上只是一些最基本的生存技能。實際上,植物要在世界上生活下去,其實也和人一樣,需要面對各種各樣的組織關係和競爭關係,它們不動聲色地行了一個「社會」,且內部環境絕不單純,從人類的視角來看絕對可以說是深思熟慮、勾心鬥角、險象環生。
一株植物本身,就是一個「綠色共同體」,在這一點上,它們似乎比人類更懂得民主和集體智慧。曼庫索發現,植物根系可以作為一個集合組織來研究,比如把它看成鳥群或者螞蟻群落。對螞蟻的許多研究已經證明,蟻群能夠像大型集成傳感器一樣,不斷處理從環境收集來的數據,因此能夠輕鬆逾越障礙。植物根尖與其類似,也會集體行動,將環境波動帶來的幹擾降到最低。
植物根系是典型的分散式系統,由數以百萬計信息互通的元件(即根尖)構成。
在一些科學家眼中,植物可以被描述為發生分節現象的生物體,其身體由很多整齊劃一的模塊組成。一棵植物並不是像動物或人一樣的獨立個體,它更像是一群個體的集合。藉助這種構造方式,植物能夠利用集群內部的資源交換,對問題做出反應,並採用非常複雜的解決方案。正如曼庫索在《失敬,植物先生》中所說:「植物將穩定性和靈活性完美結合,其模塊化結構是現代化的典範:模塊之間相互協作、功能分散、無指揮中樞。這種結構就算不斷遭受毀滅性打擊,仍能夠保持運轉,且迅速適應環境巨變。」
與此同時,一株植物從來都不是它表面上看起來那樣孤立、寂寞,而是擁有非常複雜和多樣的社交網絡。它一方面需要動用全部力量來對抗敵人,另一方面也要利用各種生物來為自己傳粉和運輸種子。為達到這一目的,植物們八仙過海,創造出一個精彩紛呈而又極具啟發性的隱秘世界。
在可以自由活動的動物天敵面前,植物看上去似乎總是處於弱勢地位。這種觀點其實有失公允,更準確地說,它們是處於防禦狀態,但手段卻不是人們想像得那般無力。
植物是懂得社交的。一旦發生危險,它們會釋放味道通知周圍的植物;它們會交朋友,能與細菌合作來獲得更多的養料;它們認識自己的親戚,相比較與同類在一起,對比實驗表明,在與異類植物共生時,它們會長出更多的根來爭奪地盤。
不同的植物,又會根據自身的處境演化出一些不同的防禦手段,其中既有被動的改變,又有主動的適應。
擬態是植物經常會使用的一種被動防禦手段,通過變形來擺脫天敵的注意。
松露玉是一種仙人掌科植物,會為躲避捕食者而擬態成石頭的樣子。
在智利和阿根廷的溫帶叢林中,生長著一種勃奎拉藤,它常常生長在兩三種不同植物之間,並且總是能夠模仿離自己最近的植物,與其融為一體。也就說,它能夠根據植物的遠近,多次改變葉子的形狀、大小和顏色。這種多重擬態能力可以適應不同的狀況:如果它模仿的葉片屬於一株對植食昆蟲有毒的植物,那麼這些昆蟲就會避開它,作為擬者的勃奎拉藤便可以迷惑昆蟲,免遭其啃噬;即使沒有這種效果,也能夠降低它被昆蟲攻擊的概率。
除了擬態,植物還能夠通過自身的變化來發布某種特殊的信號。最典型的一個例子就是樹木的葉子在秋天發生的顏色變化,這在大部分人眼中是再正常不過的自然現象。但是有人發現,一些植物會生產讓葉子變色的關鍵性物質,幾周或者幾天後,這些物質又會消失。植物為什麼要耗費能量這麼做呢?斯特凡諾在《失敬,植物先生》中提到了一種解釋:植物這樣做是在發出警告信號,表明自己有能力趕走蚜蟲,使其不敢靠近。而在冬天轉春天的時節,也會有一些植物會先變成紅色,然後再轉成綠色。有植物學家認為這是植物的裝死策略,讓自己在敵人眼中顯得不那麼美味。
除了自我防禦,植物有時也會主動出擊,甚至顯露出某種「邪惡」的本質。在非洲和拉丁美洲,有一種金合歡屬植物會分泌花外蜜,其中富含能量和糖分,能夠吸引螞蟻來此居住。而蜜露中不只含有糖分,還有數百種其他化學成分,包括很多種生物鹼和非蛋白質胺基酸,能夠控制螞蟻的神經系統,調節神經應激性,進而操控它們的行為。由此,合歡屬植物使螞蟻成了自己的專屬僱傭兵,隨時向來犯的動物發起攻擊。
一些植物會分泌出花外蜜,控制和改變螞蟻的行為。
在大自然中生存,除了要與外界抗衡,合作自然也是少不了的。花蜜和果實是植物送給動物的合作禮物,但植物的合作方式遠遠不止這些,它們時常表現得更為「雞賊」。有些植物會用騙術來吸引傳粉者,而不給予其任何回報。
蜂蘭的花
蜂蘭的傳粉就是一個典型的例子。它的花朵能夠很好地模擬某種非群居性的雌性膜翅目昆蟲的形態,還能模擬其膜翅花紋、表皮、容貌和氣味。無力分辨的雄蜂飛向花兒,有的甚至會在花上完成交配動作。然後它們帶著滿身花粉離開,前往下一朵花……
千萬不要覺得只有昆蟲才會受騙,高段位的植物甚至會以人類為欺騙對象,黑麥就是最典型的例子。黑麥最初只是惹人煩的雜草,因為長得很像小麥和大麥實在太像,成為了令農夫頭疼的寄生植物。隨著小麥和大麥的種植範圍擴大,黑麥也在擴大著自己的地盤,並以其韌性產出了比宿主更多且更優質的糧食,在短時間內取代了它們的地位,變成了真正的農作物。在這一點上,植物和人類誰更主動,似乎是難以分清的。
以上的例子只是植物行為方式的滄海一粟,看起來仿佛植物是具有心機的,但實際上,效率和平衡是它們唯一「考慮」的因素,它們會綜合運用各種方式來降低風險,贏取收益。於生命而言,沒有絕對的輸贏,一切都在此消彼長中變得更有生機。義大利植物學家雷納·布呂尼曾模仿植物的口吻說:「你們要忘掉終極答案,那幾乎不會有效。你們要向我們植物學習,同時發展和運用多種策略,並在其中找到平衡。永遠不要因為意識形態的障礙或個人喜惡就拒絕有用的東西……問題永遠無法一勞永逸地解決,要不斷適應新的挑戰。」
03 植物與靈感的誕生
植物對人類的作用自不用多言,但在今天這個時代,也許我們更應該學習的是植物不斷變化的生存智慧,不會停滯,也沒有終結。正因如此,植物世界才發展出如此豐富的多樣性。真正理解了植物智慧,也許自然才會帶給我們全新的靈感,因為那時我們已經更新了自己的思維和認知世界的方式。
實際上,已經有許多人在這個方面做出許多嘗試,曼庫索便是其中的一員。在《失敬,植物先生》中,他講述了幾個典型的植物仿生學工程,其中也包括他自己主持和參與的項目。
一直以來,植物模塊化的身體結構都是建築師的靈感來源。1851年建造的水晶宮便是典型的例子。這座建築是第一屆世界博覽會的場館,被認為是十九世紀的英國建築奇觀之一,可惜在1936年毀於一場大火。當時的建造工期只有四個月,可以說是千鈞一髮。而建築師約瑟夫·帕克斯頓同時也是一位園藝師,水晶宮的創意就來自查茲沃斯莊園中的亞馬遜王蓮。
左:水晶宮正面圖;右:亞馬遜王蓮葉片的下表面結構
他參考植物的模塊結構,用預製構件的方式,建造了一棟鑄鐵和玻璃結構的龐大建築,並模仿亞馬遜王蓮的蓮葉葉脈結構,設計了筒型拱頂。隨著博覽會的舉辦,水晶宮成為大英帝國科技創新能力的名片。在這個彰顯人類力量的時刻,最核心的靈感來源居然是植物。
植物可以引發的靈感可以貫徹在方方面面:植物能夠操控動物(包括人類在內)的行為,為神經生物學打開新的研究切口;其不斷生長的根須能形成精密的根系網絡,從而探知周圍環境的情況,這些都能應用到機器人的設計製造中;要想不斷對太空進行探索,就必須在太空中種植蔬菜;植物還可以啟發我們將部分農業生產能力轉移到海洋,解決土地鹽漬化的問題;植物獨特的組織模式,更為人類的社會組織結構提供了良好的示範。
曼庫索團隊在植物啟發下研發的水母駁船,這座漂浮的海上溫室能夠實現無淡水蔬菜栽培。
這是一款根據植物機能設計的機器人(構想圖),能夠用於勘探土壤,比如尋找資源、探測汙染物等。
美國國家航空航天局(NASA)打造的無重力植物栽培微型溫室,「蔬菜生產系統」(Veggie)。
在可以預見的未來,對植物的深入探索將改變我們的世界。但在人類不斷將植物靈感轉化為實用工具的時候,我們也應該時刻記得,植物智慧的根源在於其無中心的網絡結構,以及其豐富的多樣性和不斷的變化。在此基礎上的科技和社會革新,才算是真正的具有現代性。
這樣,有一天當人類真的遇到外星人,或許我們才能夠認出、理解另一種建構方式完全不同的外來生命。