智慧藏在种子里

面对森林——确切地说是林业经营——人们心急如焚。怎样才能让森林对气候变化、高温和干旱做好准备？树木能够学习，但可惜其通过基因获得适应能力的进程非常缓慢。基因突变，即遗传物质的改变以及因此导致的性状改变只能在下一代中产生。而在天然森林中，这只有在树木老死之后才会发生，且不同树种更新换代的时间间隔也各不相同，对某些树种来说这一间隔可长达600年——在气候变化急剧加速的今天，这一速度无疑太过缓慢了。

许多动物，如兔子，在这方面就明显更有优势。兔子繁殖速度非常快，母兔甚至可以在妊娠期间再次怀孕。因此它们一年可产崽3～4次，相应地，它们获得基因改变和基因调整的机会也更多。不过它们的基因突变是漫无目的且随机发生的，在适应环境方面并不是特别高效，纯粹是繁殖过程中基因编码的读取错误。大部分基因突变不能起到任何作用，甚至还有可能朝着完全错误的方向变化。而如果树木也想通过这种方式意外获得能更好适应环境的树，那可能需要数千年之久。若能排除意外并让这一过程加速岂不更好？至少我们人类就是这样做的：我们将经验以口头或书面的方式传递给下一代，这样他们就不用通过基因突变来适应环境，而只需要改变生活习性。而树木是没有文字的，起码没有传统意义上的文字。但它们也能将信息书写给后代——写入其遗传物质中。在我们了解树木是如何做到这点之前，让我们先将目光转向过去，回到二战后的那段时间。

在几十年前，科学界普遍认为基因改变只能通过突变来实现，不能通过经验传递，且经验只能通过口头或者指导的方式传递给下一代。但二战让这一观点发生了改变。在1944年到1945年的那个冬天，由于受到德国的镇压，荷兰发生了食物短缺，许多荷兰人不得不忍饥挨饿。而这一经验明显被孕妇传递给了她们尚未出世的孩子。这些孩子的新陈代谢方式一开始就被设置成了营养不足的模式，因此战后出现的食物过剩给这一群体造成了非常严重的健康问题，同荷兰人的平均水平相比，他们更容易罹患肥胖症及其他现代文明病。

我们身体的每一个细胞都向我们说明，我们的外貌和机能不是仅由基因决定的。每个人的身体细胞中都有相应的整个人体的“施工图”，这些以螺旋结构紧凑地排列在细胞中的物质被称为DNA（脱氧核糖核酸）。单个体细胞上的DNA展开后有2米长，这一分子上载有许多遗传信息，这些信息在身体各部位中只有与之相对应的部分信息会得到使用，例如手部细胞就与脑部细胞结构不同。然而，在生长过程或是伤口愈合过程中，身体要如何调节才能做到在某一位置只形成相应的细胞类型呢？这就涉及表观遗传学的内容了，该学科研究的是所有决定基因片段能否得到表达的程序。我们可以将我们的DNA想象成一部大百科全书，里面储存着关于我们身体和机能的全部知识。而表观遗传学所研究的程序就像“书签”一样，能确保只打开我们需要阅读的页面。

放置“书签”的过程需要甲基分子的协助，它们能附着在基因编码上，从而改变编码。这一改变过程也会受到自身生活经验的影响，就如前文提到的受冬季饥荒影响的荷兰人的例子一样。

树木也同样能将经验传递下去，慕尼黑工业大学的科学家通过对一株年迈杨树的研究证实了这点。这株330岁的老树过去一直在不断地适应周围环境的变化，例如干旱或者气温波动，因此在它的基因中也能明显看到这些变化。可是我们如何能知道这棵老寿星的基因发生了改变呢？非常简单——比较它树枝上位置相距较远的树叶就行。树枝会随着年龄增长而不断变长变老，最老的部分最靠近树干，那里是它们曾经发芽的位置，而最年轻的部分则位于树梢。因此当这株杨树经历了数百年的学习，其基因也不断发生了表观遗传学上的变化后，它的树叶之间也应当存在巨大的差异。

科学家的研究结果证实了这点：树枝上树叶之间的距离越远，其“书签”之间的差异也就越大。对于这株杨树而言，这种改变发生的速度要比繁殖下一代时发生基因突变的速度快上10 000倍。此外我们还知道，树木通常不仅能将积累的新知识（或经验）传递给下一代，还能在跨越许多代后继续传递。 同时由于树木每年都繁殖，它们也能每年都产生具有新的适应特征的后代。

但我们要如何确认后代树木是否真的从父母那里学到东西了呢？这样的研究虽然费时费力，但并不复杂。瑞士联邦森林、雪与景观研究所的研究人员对松树林进行了实验，他们自2003年起便开始对多个松林区域进行灌溉。这些被灌溉的松树什么都不缺，甚至可以说是娇生惯养。10年后，研究人员停止对某一区域的林区进行灌溉。之后他们采集了娇养的松树和重回干旱的松树的种子，将其种在温室中。其结果是：一直被灌溉的母树繁殖出来的幼苗的抗旱能力明显弱于后期没有被浇灌的松树后代。这一结果也是最早证实树木能将知识遗传给下一代的证据之一。 ^[1]

在另一个同类实验中，树木则被迁移到了远方。该实验将来自奥地利的云杉种到了苦寒的挪威，树木成熟后产生了后代。这时也能明显发现树木下一代的学习效果：这些幼苗展现出了和挪威当地同伴相近的耐寒能力。而且反过来进行时，这一学习过程同样会发生，即当挪威的云杉被种到南方时，它们会适应更加温暖的气候，且它们的后代也不再像母树一样耐寒。

因此，认为树木由于长久的寿命以及相应较长的换代期，其适应性变化会永久存在，这一推测便不成立。亲代树木直到生命最后一刻仍在学习，它们的种子已经配备了最新的生存策略，让它们不必再一切从头开始，不用亲自一一试错，这一奥秘的揭示要感谢表观遗传学。如此一来，母树年龄大就不再是一种劣势，反而是一种巨大的优势了，即越老越有智慧，后代适应能力也越强，这些后代可以从父母数百年的经验中获益。而反观高产的兔子，它们至多只能生存10年，从表观遗传学角度来看，它们能传递给后代的能力也就较少，如此一来，树木就有了显著优势。

我们可以通过树梢上的情况来判断树木在一生中都学到了什么：一株老树最嫩的新芽中凝结了其毕生所学的知识。在伊沃纳克的栎树这一案例中，这些知识甚至延续了1 000年。能表明老树从夏栎（更喜湿）转变为无梗花栎（更喜干）的叶片特征变化，主要发生在高处树冠的树枝上，也就是树木最新长出的树枝上。我们也很期待能知晓，这些嫩枝上结的橡子所长出的幼苗是否比那些老枝上所结橡子长出的幼苗耐旱能力更强。以目前的研究成果来看，这一问题的答案很可能是肯定的。倘若果真如此，那就能证明树木适应气候变化的能力比此前所预计的要快得多。当然这一适应速度是否够快，还取决于人类肆无忌惮地破坏自然而导致的气候变化的速度。

山毛榉和栎树都喜欢潮湿阴凉的环境，因此不断增多的夏季干旱让我们备感忧虑，不过这可能还不是我们最应该关注的问题。

[1] Bose, A. et al.: Memory of environmental conditions across generations affects the acclimation potential of scots pine, in: Plant, Cell Environment, Volume 43, Issue 5, 28.01.2020, https://doi.org/10.1111/pce.13729. yEuolPFk1yoxbnk8HushLmn02soiY/l15LFfWyuGXWI0kXIEjElPd5Nc1VuABb+z