嗚莎解讀:植物知道生命的答案-17

2021-01-20 嗚莎花園

大家好,今天是2月12號大年初八,上班的日子終於到了。今天,我們繼續來讀《植物知道生命的答案》這本書。


昨天有花友問我,這本書大概要講多久?說實話,我也不知道,也許還需要再讀上15天吧,也許更長。


我明白,在到處都在講求效率的今天,花上一個多月的時間來一起讀一本書,聽起來是一件相當久而且不划算的事情。


確實,我這本書的解讀版的文字量肯定是要超過原書的了。別的讀書平臺在帶著大家讀一本書的時候,一般都會把書的內容壓縮再壓縮,把裡面的乾貨講給大家聽,而我卻要把原有的內容拉長,這是什麼原因?


是的,我有我自己的考量。畢竟本書的作者是一位生物學家,很多內容對他來說是顯而易見的東西,但對於一位普通花友來說,確實需要更仔細的解釋之後才利於消化的。如果消化不了,那麼讀這種科普書,除了不明覺厲以外,我們往往收穫不到更多東西。而我的解讀則承擔起把那些隱藏起來的科學原理翻譯成白話的責任。


我知道很多花友更期待看到關於多肉植物方面的「乾貨」,也就是告訴你什麼情況下該怎麼做就對了的那種「乾貨」。但我卻覺得如今的這個世界,乾貨實在太容易獲得,只要你敢百度,就一定有一大堆的答案等著為你作答。唯一遺憾的就是,你可能沒辦法分辨,在眾多的答案之中,哪些答案是正確的。這正是我寫這些文字的用意——從一大堆的答案裡面去偽存真,科學思維比科學知識要有用的多,而我想通過我的文字來傳播的,正是這個叫做科學思維的東西。


現在這個時代,即使我們是文科生,即使我們是感性人,了解一些科學思維的方法,也遠比那些稱之為「乾貨」的知識更重要。


好啦,今天的閒話說的有點兒多了,我們開始讀書。



今天我們又要說到偉大的科學家查爾斯·達爾文了。達爾文是一位好奇心極強的科學家,他曾經一度對於食蟲植物非常著迷。1875年的時候,達爾文出版過一本專著,名叫《食蟲植物》。在這本專著裡,他曾把食蟲植物稱作「世界上最神奇的植物」。


的確,每個人在見到食蟲植物的第一眼都會非常吃驚的。它們的第一個特點是會動。按照我們的常識,植物不應該會動。含羞草在被觸摸之後會把葉子垂下去,世界上有含羞草這樣另類的植物已經夠過分的了,怎麼還會有食蟲植物存在呢?這實在太誇張了。第二個特點,就是它們竟然是吃肉的。在親眼見到第一株食蟲植物之前,我相信很多人都聽說過大嘴食人花之類的東西。著名的植物大戰殭屍的遊戲裡,食人花就是防禦殭屍的最重要的植物之一。雖然在植物大戰殭屍裡面,食人花是站在我們這一邊的,但這傢伙吃人的特質還是讓我們印象深刻。


我經常會把捕蠅草這類食蟲植物介紹給小孩子,我相信孩子們會對這些能與人互動的植物很感興趣。孩子們幾乎無一例外的會問我,能用手摸嗎?它會咬我嗎?咬到手疼不疼這類問題。甚至,孩子的父母也會問我這樣的問題。可見,對於小小的食蟲植物,很多人還是心懷著敬畏的。



達爾文最初觀察到食蟲植物,是1860年在英國南部的薩塞克斯郡。現在的薩塞克斯郡已經不存在了,被重新規劃為西薩塞克斯郡和東薩塞克斯郡。風景如畫的南唐斯國家公園就坐落在東薩塞克斯郡的轄區內。達爾文當年就是在那裡見到茅膏菜的。說到南唐斯國家公園,我推薦大家可以去看一部BBC拍攝的紀錄片,大家搜索南唐斯國家公園在加上關鍵詞BBC就能搜索到了,那實在是非常值得看的一部紀錄片。


達爾文發現,這種叫做圓葉茅膏菜的小草的葉子上,竟然捕捉了大量的昆蟲。在此之前,達爾文是聽說過食蟲植物的,但是並沒有親眼見到過食蟲植物捕食,所以親眼看到之後,是非常驚訝的。於是達爾文就一頭扎進食蟲植物這個領域中研究起來了。


捕蠅草大概是所有食蟲植物裡最適合做研究的一類植物了。捕蠅草的葉片長得就像是一個大夾子。葉脈把葉片分成左右兩瓣。葉片的邊緣長著常常的像是梳子一樣的齒。平常,這兩瓣葉子是向兩邊張開成字母V的形狀的。在葉片表面,會有一些蜜汁分泌出來。這些蜜汁的營養甚至高過花蜜,這對於對於蒼蠅、甲蟲這類小昆蟲是有著致命的吸引力的。


如果這些昆蟲爬過葉片的表面,葉片的左右兩瓣就會以驚人的速度互相咬合起來,葉片兩側梳子一樣的齒會互相交叉,組成類似於監獄欄杆一樣的一個籠子,把它的獵物關在裡面。一旦捕蠅草的葉片被激發,就會分泌消化液,讓捕捉到的小昆蟲消化並且吸收掉。



捕蠅草的葉片的閉合速度是非常驚人的,從開始閉合到完全合攏,只需要十分之一秒的時間。我曾經嘗試過用手去觸動捕蠅草的陷阱,雖然我事先是有準備的,但也依然難以全身而退,每次我都會被捕蠅草夾到。不過捕蠅草的力量並不大,你可以輕鬆的把被捕蠅草夾到的手指抽出來。捕蠅草也常常會夾到小青蛙或者蜥蜴之類的小動物,或者一些大型昆蟲,但是一般都會因為力量不夠而最後被獵物逃掉,就像我的手指一樣。


在捕蠅草的兩瓣葉子上,長有幾根巨大的纖毛。現在我們知道,這些纖毛就是捕蠅草的動作觸發器。達爾文是第一個仔細研究捕蠅草的觸發機制的科學家。


達爾文在他的《食蟲植物》這本書中就寫到過,水滴、水流、狂風甚至猛烈的降雨都沒辦法觸動捕蠅草的陷阱。達爾文曾經竭盡全力地通過一根又細又尖的管子向著觸動陷阱的纖毛吹氣,結果是毫無作用。似乎那些捕蠅草完全清楚是有人在逗弄它們一樣。


儘管達爾文非常詳細的描述了他做過的所有的關於捕蠅草的實驗。包括使用雨滴或者吹氣來刺激捕蠅草,包括在捕蠅草的夾子上放上它們愛吃的昆蟲。但是很遺憾的是,達爾文最終也沒能解釋觸發捕蠅草陷阱的真正機制。達爾文只是很偶然的讓捕蠅草的陷阱啟動,但大部分時候,無論他做什麼,捕蠅草都對他做的事情無動於衷。



對於捕蠅草的陷阱觸發問題做出關鍵性解釋的人叫做約翰·伯頓·桑德遜。桑德遜是一位與達爾文同一時代的生理學教授,同時也是一名醫生。他當時受聘於倫敦大學。桑德遜在了解了達爾文的研究之後,對捕蠅草啟動陷阱的機制非常痴迷,於是開始了他對捕蠅草的研究。


桑德遜並沒有像達爾文一樣用各種方法去做實驗。他以前的研究課題就是動物體內的電脈衝現象。當時桑德遜已經知道,動物的肌肉收縮的時候,是受到生物電的激發和控制的。如果用電極去刺激青蛙的肌肉,就會觀察到青蛙會不由自主的產生收縮肌肉的現象。桑德遜由此想到,植物的動作觸發,會不會也與生物電信號有關係呢?


為了驗證他的這個猜想,桑德遜設計了一系列的實驗。他首先把一個電極小心翼翼的放在捕蠅草的葉片表面,然後再去觸動捕蠅草的纖毛。


捕蠅草葉片上的纖毛,就好像是一個一個的壓力感受器,當昆蟲觸動纖毛的時候,對纖毛產生的壓力就轉化為生物電信號。桑德遜通過儀器準確的捕捉到了來自捕蠅草葉片的電信號。電信號就是捕蠅草觸發陷阱的原因。


但是,很神奇的事情是,桑德遜發現,對兩根毛的觸動才能產生一個觸發陷阱的電信號,而單獨觸動一根纖毛是不行的。如果同時對捕蠅草的多根纖毛進行同時觸動的時候,會誘發去極化過程,也就是說,同時觸動多根纖毛不僅不會觸發捕蠅草的陷阱,而且會讓捕蠅草的夾子失去敏感性而不會合攏。



這些有趣的反應給了捕蠅草相當大的生存優勢。因為如果多根纖毛會一起被觸動,那就說明現在爬過捕蠅草陷阱的獵物尺寸相當的大,捕蠅草沒有必要觸發陷阱,即使夾子閉合,它也沒有足夠的能力抓住獵物。


如果同一時間只有一根纖毛被觸動的話,那很有可能是一個雨滴或者別的什麼並非獵物的東西不小心碰到纖毛而已。所以一根纖毛被觸動也不會觸發陷阱。


只有兩根纖毛在先後很短的時間內被觸動時,陷阱的觸發才是有意義的。這時候陷阱內的獵物應該不大不小,而且剛剛好爬過陷阱,正處在適合捕獵的位置。所有的一切,都被捕蠅草這巧妙的機制算計好了,這實在是非常神奇的一件事情。


桑德遜教授也因為這項研究而聞名,這是桑德遜教授職業生涯中最重要的一項發現,也是人類對植物生物電活動的第一次定性研究。


不過,受實驗條件的限制,桑德遜也只能得出電信號是捕蠅草觸發陷阱的直接原因這個結論。至於更深層次的生物學機理,知道一百多年後才被美國阿拉巴馬州奧克伍德大學的亞歷山大·沃爾科夫團隊所證明。



沃爾科夫團隊準確的捕獲了捕蠅草啟動陷阱的電信號。而且,通過實驗手段,我們還可以在沒有任何纖毛被觸動的前提下向捕蠅草模擬釋放同樣的電信號。在捕蠅草的夾子收到點引號後,雖然沒有被觸動,它們也會立即閉合。於是,沃爾科夫的團隊實現了對捕蠅草陷阱觸發機制的定量研究,真正的揭開了捕蠅草陷阱觸發的秘密。


不過,捕蠅草是怎麼記住單獨一根纖毛被觸動後的多長時間另一根纖毛被觸動這件事兒的呢?這是不是說,植物某種意義上來說,是擁有記憶的?後面我們會繼續探討這個話題。



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