植物——人類失散多年的兄弟姐妹

億萬年的進化,讓不同的是生命有不同的形態。在人們的普遍印象中,我們會覺得,人類跟動物更相似,跟植物有很大不同。而科學家通過研究發現,植物和人類的相似之處多得驚人。

比如,我們都熟悉的豌豆,它們靠卷鬚攀附在籬笆上生長,可是你知道嗎,豌豆那細細的卷鬚也可以儲存某些信息,就像人類的記憶一樣。這些卷鬚會因為你的摩挲而捲起來,當然是在有光的條件下,如果在黑暗中,任何摩挲觸碰都不起作用。最最有趣的是,如果你在黑暗中摩擦過一段卷鬚,過上一兩個小時,把卷須放在有光的地方,卷鬚會自動捲起來,因為卷鬚“記住”了黑暗中的摩擦。所以,從某種意義上來說,植物是有記憶的。

就像《植物知道生命的答案》一書中所說:“我們必須知道的一件事是,從一個廣泛的層次來說,和我們有相同生理特徵的不僅僅是黑猩猩和狗,還有秋海棠和巨杉。當我們凝視盛花的玫瑰樹時,應該把它看成是久已失散的堂兄弟,知道我們能像它那樣察覺複雜的環境,知道我們和它共有相同的基因。當我們打量一棵在牆上攀爬的常春藤時,我們也要知道,如果不是遠古時代發生的一些不可預料的事情,我們也可能免不了在牆上攀爬的命運。我們看到的是我們自己演化的另一種可能結局,在大約20億年前分道揚鑣的演化路線的結局。”

所以,《植物知道生命的答案》通過與人類視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺、本體覺、記憶作比較,來介紹植物的這些能力,讓我們瞭解那些紮根泥土的植物是如何敏銳地感受並適應這個複雜多變的世界的。

植物——人類失散多年的兄弟姐妹

這是一本嚴肅有趣的科普讀物,這本書的作者就是生物學家丹尼爾·查莫維茨,他畢業於哥倫比亞大學,並獲得耶路撒冷希伯來大學遺傳學的哲學博士,也是世界著名生物學家鄧興旺的學生,現在以色列特拉維夫大學任教。《植物知道生命的答案》一書就是他多年研究的成果。

接下來,讓我們從視覺、聽覺、神經電信號的傳遞這幾個方面,來了解一下植物與人的相似之處吧!

一、調節晝夜節律的隱花色素

植物和人體內都有多種光受體,這些光受體由蛋白質和一種能夠吸收光的化學染料構成,他們能吸收不同顏色的光,從而讓人和植物區分明暗和顏色。而植物和人體內有一種相同的光受體,就是隱花色素。其實,在動物體內也存在隱花色素,作用也是相同的,負責調節生物的晝夜節律。

隱花色素可以吸收藍光,從而向動植物以及人類發出信號,告訴我們現在是白天,調節身體進入白天的狀態,從事該做的事情。比如,對於人來說,天亮了,我們從睡眠中甦醒過來,起床洗臉刷牙,開始新的一天。感覺到飢餓,尋找食物。感覺到疲憊,需要休息。植物也同樣有生物鐘,有晝夜節律。比如,植物知道白天來臨,就舒展開葉片,進行光合作用,夜晚到來,葉片就合攏起來。

而動植物和人的這種晝夜的節律有相對的穩定性,即使在不見光的黑暗環境中,也會大致以24小時為週期,不斷的循環。就像人一樣,植物如果從東半球飛到西半球,也會出現時差反應,需要倒時差,過個幾天才能和當地的晝夜週期同步起來。

讀到這兒,你或許會想問一個為什麼吧?為什麼動植物體內都有相同的調節生物節律的隱花色素?

為了回答你的問題,作者把視角一下拉到生命誕生的初期。其實,生命演化到單細胞動物時就已經有了晝夜節律,而這樣的節律,很有可能是為了避免外界強度過高的紫外線輻射造成的傷害,畢竟那時候的大氣和環境跟現在是有很大不同的。而隱花色素就像警報器,告訴生物白天的到來,從而把細胞分裂這樣的活動調整到夜晚時進行。而這或許也是生物光受體的起點,在後來漫長的演化中,植物、動物、人類才演化出了不同的視覺系統。

植物——人類失散多年的兄弟姐妹

二、聾子基因

除了視覺系統的隱花色素外,人和植物在基因層面也有很多相似之處。

科學家得到擬南芥這種雜草的全部基因序列發現,擬南芥基因組含有很多與人類疾病和殘疾有關的基因。比如BRCA基因,與遺傳病乳腺癌相關;CFTR基因,與囊腫性纖維化相關;還有“聾子基因”,與聽力缺陷有關。

當然,含有這些基因並不意味著會引發相應的疾病,而是如果這些基因發生突變,才導致機體功能的失常。所以,就像作者在文中所說:“這些基因的名字和它們的生物學功能無關,之和臨床表現有關。”

其實,這些基因早在15億年前的單細胞生物身上就已經演化出來了,它們在動植物體內都發揮著重要功能,所以,如果這些基因發生突變,就會引發疾病或功能障礙。比如,

聾子基因發生突變就會導致人類耳聾,而對植物來說,它們的根毛就不能正常伸長,根也就不能很好的吸收水分了。

而在聾子基因中,影響人類聽覺和植物根部的是4個編碼非常相似的蛋白質,也就是肌球蛋白,它們就像發動機一樣,能發動蛋白質和細胞器圍繞細胞中心運動。其中,與聽力有關的肌球蛋白如果發生突變,人類內耳毛細胞的形態就不正常,而植物的根毛就不能正常伸長,從而出現功能上的障礙。

植物——人類失散多年的兄弟姐妹

三、電信號的傳遞

而你知道嗎,捕蠅草這種奇特的植物,它們不僅能捕食昆蟲來補充體內缺乏的氮、磷酸等元素,還像人類一樣,有短時記憶

捕蠅草有兩片可以張合的大葉片,葉片邊緣有睫毛一樣的長長刺毛,這樣葉片閉合就能將昆蟲擋在裡面,讓它們無法逃脫。在葉片上有黑色的感應毛,如果小蟲子在20秒內觸動了兩根以上的感應毛,葉片就合攏了,小蟲子就變成捕蠅草的食物,會被捕蠅草分泌的消化液消化,然後被吸收。

所以,如果蟲子太小,在葉片上緩慢爬過時,觸動兩根黑色感應毛的時間超過20秒,那麼葉片就不會閉合,因為這不是一個合適的食物,畢竟,閉合葉片吃掉昆蟲再打開這個大動作,需要很多時間和能量。

而科學家發現,昆蟲觸動捕蠅草的感應毛時,會引起動作電位,而且,用電刺激捕蠅草,確實可以引起葉片的閉合。科學家不斷調整電流的強度,發現只需要14微庫倫的電量就足以讓捕蠅草做出反應,而這個電量,只比摩擦兩個氣球產生的靜電多一點。

在捕蠅草產生動作電位的同時,葉片細胞膜上的鈣離子通道也開啟了,於是,鈣離子濃度升高。但是,觸動一根感應毛引起的鈣離子濃度的提高還不足以讓葉片閉合。這樣的鈣濃度可以維持20秒,如果20秒內第二根毛被觸動,產生第二個動作電位,鈣離子濃度會繼續升高,達到閾值,葉片才會閉合,將昆蟲牢牢困住。而如果20秒內第二根毛沒被觸動,那麼鈣離子濃度就會慢慢下降,那麼以後即使感應毛被觸動了,也沒法促使葉片閉合了。

而這種外界刺激引起動作電位並開啟離子通道的信號傳遞方式,跟人類神經信號的傳遞方式很相似。所以,給捕蠅草施加可以阻斷人類神經系統離子通道的藥物,無論給它什麼樣的刺激和電流,它都不會閉合葉片了。

植物——人類失散多年的兄弟姐妹

不過,雖然植物和人類有共同的祖先,有相似的基因和本領,就像作者所說:“共同的早期遺傳史並不能抹殺億萬年來的分離演化。”

畢竟,植物沒有大腦,也沒有關懷他人的能力。所以,人可以“感時花濺淚,恨別鳥驚心”,而植物卻不會。所以,當你為一朵花心生歡喜時,植物對於你的感知和記憶,只限於生理層面,而不會有情緒。



分享到:


相關文章: