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第三章
聪明的植物行为

根系的头脑风暴

在我到MINT实验室安顿下来开始研究之前很久,我曾经去往西班牙南部的圣何塞村(San José)观看一部不同寻常的流动放映电影。同行的是我的两位植物学家朋友,弗兰蒂泽克·鲍卢什考和斯蒂法诺·曼库索。我请了一小组人,包括他俩,一起在周末到那个村子去集思广益,讨论植物的“大脑”。我们给这次聚会取了个有些神秘的名字,叫“圣何塞根脑风暴会”(San José Root-Brainstorming Meeting),这是为了隐射他们喜爱的一个假说,即植物的“大脑”可能在根里。和达尔文一样,弗兰蒂泽克坚信植物的信息加工发生在它们的根尖。他曾用许多年时间在波恩大学的细胞和分子植物学研究所研究这个观点。我们希望看看大家共同的兴趣和各自的专业知识能把这个想法推进多远。

我们从白天一直聊到傍晚,当夜色降临时,我们前往海边的一家酒吧补充能量,喝上一杯。斯蒂法诺最近延时拍摄了一种生命力很强的菜豆——超级马尔科尼( Supermarconi ),地点在佛罗伦萨的国际植物神经生物学实验室。 [1] 他将这些珍贵的镜头存进了一个U盘,带在身边。幸运的是,我也总会随身携带一部小型投影仪,于是我们当即决定在酒吧里架设一间简易放映厅。酒吧的人很帮忙,为我们清出了一片空白墙面。接着,这种豆科植物的幻影就开始在墙上蜿蜒爬行起来,它在阴影笼罩的架子、玻璃杯和酒水之间闪着光芒,似乎在努力寻找一根杆子以供攀登。我们把这段延时影像看了又看,完全陶醉其中,搞得其他顾客都一头雾水。他们不明白这段影片有什么特别的,为什么能把酒吧里这三个一看就很奇怪的男人弄得这么兴奋。但我们几个至少是激动万分的。很显然,这株菜豆的活动远不止看上去那样简单。

第二天,我们来到海边的沙滩,用一根拐杖在潮湿的沙子上画出了实验设计方案,任由想法在这张布满沙粒的无垠画布上挥洒。我们谁也不想被冲昏头脑,可是当我们一边散步一边画下脑中浮现的草图时,一条又一条看待菜豆攀爬的新思路在我们眼前涌现出来。一时间,海滩上仿佛布满了卷须和茎,各种箭头和直线假设着它们的行为,而当下一波潮水漫过,这一切都会被洗刷干净。弗兰蒂泽克和斯蒂法诺很清楚菜豆是如何“运动”的,但有些东西我却不知道。 [2] 原来这植株是用末端的卷须和垂直的茎之间的“运动区”来控制动作、让自己打转的,这就是达尔文描述的“回旋转头运动”,它们还用这个区域来对这种运动做精确调控。 [3] 回旋转头运动并不是一种自动模式,植株可以对卷须的行为做主动调节。运动区的细胞发挥着液压泵的作用,在茎的两侧扩大或者收缩。带电粒子如波浪一般在细胞间迁徙,水分也跟在它们后面,改变着细胞的膨胀状态。这能有效地拉长或缩短茎在两侧的相对长度,使卷须随之移动。 [4] 这有点像是体育比赛中的人浪,细胞中液体的膨胀和收缩形成了一种平滑而有节奏的脉冲。这样的变化肯定是受到植株控制的,但在当时,我还只能模糊地想象它背后的机理。

达尔文在《攀缘植物的运动和习性》中描写了这些动作,他的根据是他对吊灯花( Ceropegia )的研究,那是一种常见的装饰性植物,会以复杂的动作攀缘支撑物。达尔文将这种植物的动作比作一根绳子不断变化弧线的甩动,它“一次次地接触棒子,一次次地向上滑行,再一次次跳下来并落到棒子的另外一边”。 [5] 在我们看来,这就仿佛一个牛仔飞出绳圈想要套住一根杆子,或是一个飞钓者将钓线前后甩动,每一甩都更加接近目标。它在第一次扔出卷须之后会继续一次次地甩动,直至够到支撑物。它会在往回甩的动作结束时稍作停留,接着马上开始下一次向前的动作。它的目标当然是确定爬杆的位置,想瞅准了一举把它“抓住”。

斯蒂法诺的延时影片,还有我们三人在那个周末的兴奋讨论,都令我久久不能忘怀。它们启发了我在MINT实验室的初步研究,在那里我们开始用实验探索这些想法。我们首先想到了分析吊灯花的动作。我很高兴能和达尔文研究同一属植物,心想他可能是在小猎兔犬号的航行中第一次遇见它们的。我们知道他曾经路过特内里费岛,也知道吊灯花的几百个已知物种中的一些广泛分布于加那利群岛,从那里带一些幼苗回实验室应该很简单。但令我失望的是,我发现他根本没有踏足圣克鲁斯港。因为一次霍乱暴发,小猎兔犬号的船员在船上隔离了两周,船长决定放弃登陆直接驶离。 [6] 最后我们还是将菜豆定为了下一阶段研究的合适对象,一个重要原因是它的回旋转头运动比较简单,而吊灯花可就复杂多了。

我们开始在实验室里用延时摄影研究菜豆幼苗,为的是看清它的生长——那当然也相当于看清了它的 行为 。2016年,我们专门搭了一个生长棚,并延时拍摄了菜豆伸向50厘米开外一根爬杆的过程。 [7] 我们将拍下的镜头制成图表,让数小时的动作浓缩成一幅图像,结果一目了然。一个惊人的模式浮现出来。 [8] 菜豆兜着圈子,弧度越来越大,直到搭上爬杆。

简单地说,菜豆嫩芽顶端的运动轨迹大致相当于一根螺线,随着嫩芽的生长,它的运动逐渐从圆形变成了椭圆。它总共旋转了21周,每周平均耗时117分钟。旋转第一周的时间最短,才持续了98分,最长的一周有154分钟。整个运动模式比第一眼看上去要复杂冗长得多(也有趣得多)。在某个时刻,嫩芽跳过了螺线轨迹的后半段,半路改道直接切向了爬杆。终于,我们亲眼 看见了 植物的行为。 HhA/QC/GGHO9tHX9jDZ578x6ReSHJEoBuEK+921au4MiqckVfdN77xVpNpttcdMT

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