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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    植物也有感覺

                    2012-12-28 12:40:05

                    文/李

                     

                    美麗的花兒總會觸動我們的視覺和嗅覺。然而,你可曾想過植物也有感覺?

                     

                    對于植物來說,感覺極其重要。與動物不同,植物既不能為尋找食物而四處奔走,也不能主動逃避蟲害的肆虐,更不會挪動位置找尋可遮風避雨的“居所”。任憑風吹雨打、烈日曝曬,植物只能逆來順受。因此,植物更需要靈敏的感覺來“察言觀色”,以便應對瞬息萬變的外界環境?;蛟S,你會提出質疑,“子非魚,焉知魚之樂?”確實,植物不像動物一樣,有鼻子有眼,生耳朵,長嘴巴。沒有這些感覺器官,它們怎么可能有感覺呢?你不妨跟隨我們一同走進植物的感覺世界,你會慢慢明白:原來植物的感覺也很豐富??!

                     

                    植物的視覺

                     

                    像人類一樣,植物也會看。人類之所以能看到東西,是因為眼里有光感受器;植物在它們的莖干和葉子里,也有光感受器。那么,植物看到了什么?最簡單的答案就是:植物看到了光。

                     

                    植物的光感受器能識別出紅光和藍光,甚至人類肉眼不能看到的光波,如光譜中的紫外光。通過這些光感受器,植物還能識別光源的方向,準確判斷光線強弱,調節生理活動來適應光照周期。

                     

                    達爾文的后期研究成果向人們展示了植物的趨光性(向光性),即植物往往會偏向于強光一方,以獲取更多光能進行光合作用。植物的趨光性主要源于細胞內的一類光感受器——向光素。向光素對藍光很敏感,分布于植物莖尖處。當植物向光的莖干一側感受到藍光,就會產生信號連鎖傳導,終止植物生長素的活動。與此同時,背光處的莖干細胞繼續生長,這樣就使植物向光強的方向彎曲生長。

                     

                    另一類光感受器叫光敏色素,它能感受紅光和遠紅光。在不同的光譜下,光敏色素有兩種可相互變換的類型,即紅光吸收型和遠紅光吸收型,主要是方便植物吸收不同波長的光源來進行生理活動。

                     

                    盡管植物的向光素和光敏色素這兩種光受體與動物眼睛的光受體截然不同,但有研究表明,另一類光受體——隱花色素普遍存在于高等真核生物中,它能幫助動植物識別藍光和紫外光。有了隱花色素光受體,植物除了可建立體內特有的生物鐘或生長節律,調控生長發育,還靠它來知曉鐘點時辰。

                     

                    植物的觸覺

                     

                    植物對周圍環境的變化相當敏感而且反應敏捷。瞧,風輕輕地拂過樹梢,小蟲子慢慢地爬過葉片;藤蔓伸出長長的須尖兒,想找一高枝“落腳”。一次簡單的觸摸或輕搖都足以干擾植物的生長,這就是為什么風大的地方,植被總是低矮,呈墊狀。

                     

                    在一定程度上,植物能感受到機械損傷帶來的感覺。觸覺反應最明顯的要數食肉植物“明星”——捕蠅草。捕蠅草的葉片高度特化,左右對稱呈夾子狀,酷似貝殼。其葉緣處排列著長長的刺毛,左右交錯,閉合時密封嚴實。當一只蒼蠅不慎落入其內,捕蟲夾將以不可思議的力量迅速閉合,將其牢牢困住,慢慢享用。聰明的捕蠅草知道什么時候該“關門”,這主要歸功于捕蟲夾邊緣的觸毛可靈敏地覺察到獵物的“登門造訪”。

                     

                    捕蠅草對獵物的感覺與你對蒼蠅爬在你的手臂上的感覺,有著驚人的相似。當皮膚上的觸覺受體意識到蒼蠅存在時,激活的電流沿神經傳送到大腦,大腦收到信號做出應激反應。同樣,當一只蒼蠅蹭到捕蠅草的觸毛時,產生的電流迅速傳給葉子,激活了細胞膜上的離子通道,促使捕蟲夾快速關閉,整個信息傳遞過程不超過0.1秒。

                     

                    顯然,大部分植物對外界碰觸的反應沒有捕蠅草這么快,但它們對外界機械刺激的反應是相似的。令人吃驚的是,動植物細胞對外界觸碰的反應都由同一類蛋白質起作用。觸碰受體深植于細胞膜內,當受到外界壓力或變形時,它會通過細胞膜釋放帶電離子,形成細胞內外的電位差,從而產生電流。這些觸覺反應能保證植物對外界變化做出特定、適合的應對策略。

                     

                    植物的嗅覺

                     

                    菟絲子是一類寄生植物,幾乎沒有葉綠體,只能靠吸食其他植物體內的營養來生活。為了尋找合適的棲身寄居之所,菟絲子靠嗅覺識別合適的寄主,堪稱植物界的“獵犬”。有趣的是,大部分植物都有嗅覺,唯獨菟絲子對臭味“情有獨鐘”。

                     

                    在嗅覺方面,植物與動物可相提并論。動物鼻子中的嗅覺受體能識別并結合空氣中的目的分子,植物也有嗅覺受體并對揮發性化學物質極其敏感。追溯到20世紀20年代,美國農業部的研究者發現,果實在自然成熟的過程會產生大量乙烯,氣味香甜,可加快果實的成熟。乙烯不僅可確保一只果實熟透,還會誘使相鄰果實集體成熟。果實的批量成熟對于植物的“傳宗接代”來說頗為重要,因為乙烯的芳香可吸引大量動物前來品嘗,幫助植物傳播種子。

                     

                    此外,氣味還能幫助植物互通信息。20世紀80年代的一項研究表明,一棵受到毛毛蟲咬食的樹,不僅自己會合成害蟲不喜歡的化合物,還會給其他健康樹發出“警報”,使遠處未受咬食的健康樹合成同樣的化合物。

                     

                    植物的味覺

                     

                    人類的嗅覺和味覺往往緊密相連、各行其責:嗅覺捕捉揮發性氣體,味覺識別可溶性物質。植物的嗅覺與味覺的關系同樣緊密,最明顯的例子就是植物對蟲害或病原菌的應激反應。在受到外界侵害時,植物通過釋放大量揮發性氣體,為同伴發出警告,其中最主要的一種成分是茉莉酮酸甲酯。盡管茉莉酮酸甲酯是一種高效的空氣傳遞的信號分子,但它在植物里沒有活性。相反,當它通過葉面上的氣孔向外發散時,就會變成水溶性的茉莉酮酸,吸附在細胞內特定的受體上,引發葉子的抵御反應。如同人類舌頭上分布著功能不一的味蕾細胞一樣,植物也有不同類型的可溶性分子受體。

                     

                    植物的味覺不僅可以感受危險和干旱的來臨,還能識別親緣類群。由于味覺負責識別可溶性化學物,植物的大部分味覺反應都在根部悄悄進行。2011年的一項研究表明,植物能利用根際間的化學信號來識別周圍與自己有親緣關系的類群。在沒有親緣關系的相鄰植物中,根際間也有信息交流。另一項最新研究發現,當一排植物集體遭遇干旱時,只需1小時就可將信息傳遞給5排之外的植物,提醒它們關閉氣孔,減少水分蒸發。不過,雖然身為鄰居,沒有根際間交流的植物卻沒有這個應激反應。

                     

                    植物的聽覺

                     

                    關于植物對音樂的喜好,人們眾說紛紜:植物喜歡古典樂,討厭搖滾樂;喜歡輕音樂,討厭重金屬;喜歡舒緩平和的樂曲,討厭歡快激昂的樂曲奇怪的是,音樂對植物生長有益的觀點卻驚人地一致。

                     

                    從生態適應性的角度來說,音樂與植物毫不相關,我們也沒法希冀兩者琴瑟和諧。然而,從理論上來說,植物能聽到某些聲音對于它們來說是有好處的。例如,蟲子爬上葉面時的振動聲,蜜蜂飛舞時的嗡嗡聲,蚜蟲翅膀的撲騰聲,甚至由更小生物發出的極其微弱聲響,都會給植物一種安全防范提示。更為離奇的是,植物還能通過識別其他植物身上發出的聲音而獲益。最近,瑞士伯爾尼植物科學研究所的研究人員捕捉到干旱來臨時松樹和橡樹發出的超聲波振動,這也許在提示其他植物做好應對干旱的準備。此外,意大利的科學家運用一套嚴謹的科學方法來研究植物的聽力。前期研究表明,谷物類根尖會朝著有特殊節律振動的方向生長。更有趣的是,根尖還會發出聲波。

                     

                    然而,目前人們還沒弄清楚植物是如何產生聲波的,更不用說它們是如何捕捉聲音。當然,假如這項研究成功了,到那時我們就會說,植物和動物一樣,都具有五官功能。無論實驗結果怎樣,我們都可以毫不遲疑地說,植物在自己的世界里也有其獨特的感覺體驗。

                     

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