书城科普中华青少年成长必读集萃:宇宙探秘
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第39章 对古怪植物的探秘(1)

植物的感观知觉

植物并不像人们所想象的那么无知无觉。事实上,科学家现在正逐渐意识到植物是复杂的生物体——它们可以看到东西,有嗅觉、触觉,也许还有听觉。

视觉

植物还有“看”的本事。它们也许没有眼睛,但生物学家通过实验证明,植物体内含有觉察光的蛋白质。植物组织内含有光敏色素蛋白质,它们可以“分辨”光的强弱。植物能感觉光照射过来的方向,光的方向使植物知道早上什么时候该“醒来”,也能促使植物分泌出栎精和堪非醇这两种无色色素。这两种色素能过滤阳光,并发挥“遮光剂”的作用来保护植物免受强烈的紫外线的照射。

听觉·嗅觉

植物有触觉,也看得见,也许还能听见声音呢!莫迪凯·贾菲教授通过向矮豆植株不断播放70~80分贝——比普通的人声略高的“颤声”,使这种植物的生长速度加快了一倍。种子的发芽率也能通过同样的方法大大加快。植物还具有对水分敏感的嗅觉。当植物受到害虫攻击时,就能分泌出一种气味来提醒其他植物。健康的植物在“闻到”或“听到”警告后便迅速开始释放令害虫讨厌的特殊气味。

触觉

植物是适应自然环境的能手。最著名的食肉植物捕蝇草在进化过程中具备了触觉,所以当昆虫掠过它的“触须”时,它的“下巴”就会合上,不幸的昆虫就成了瓮中之鳖。达尔文曾指出这种行为模仿了动物的神经系统反应。当捕蝇草的触须被碰到时,会产生类似动物神经冲动的电脉冲。然而两者的反应速度大不相同:动物神经冲动的传播速度为每秒100米,而植物体内电脉冲的传播速度仅为每秒3厘米。有17个不同科的大约1000多种植物是有触觉的。它们的这种反应能力十有八九是从细菌——即所有植物的祖先那里继承来的。细菌可以通过产生微弱的电信号对刺激做出反应。

植物的情感世界

在迪斯尼动画片里,自然界的植物比人还有灵气。一旦危险降临,树木会把枝丫折回,灌木会蜷缩,花朵会合拢,野草会用叶子向远方的同伴传递信息。以前,人们把类似的情况看成植物的本能,是一种对外部刺激的无条件反射。可是现在,人们却对此产生怀疑,并提出了植物有情感,植物有喜怒哀乐,植物有心理活动等“奇谈怪论”。

能欣赏音乐的植物

植物能欣赏音乐吗?科学实验证明,植物确实能欣赏音乐。印度有一位音乐家经常在花园里拉小提琴,结果发现园中的花木长得格外茂盛。后来他有意识地让水稻每天听25分钟的音乐,结果发现,听了音乐的水稻比没有听音乐的水稻长得快得多。为什么植物能欣赏音乐呢?原来音乐的声波能使植物表面气孔增大,从而促进植物的生命活动。因为气孔的扩大有利于二氧化碳、氧气及水分的进出,加强了光合作用和蒸腾作用的效果。不同植物对音乐的敏感频率不一样。科学家经过研究各种植物的最佳声频后,可以针对不同植物,用不同的声波刺激以获得高产。

植物的紧张情绪

在现代社会中,许多因素会使人神经紧张,比如忙碌、噪声、考试,等等。科学家们发现,植物同样也会因生命受到威胁而紧张。植物在紧张时,会释放出一种名为“乙烯”的气体。植物越紧张,释放出的乙烯也就越多。研究人员发现,当空气严重污染、空气湿度太大或太小、火山喷发、动物啃吃植物的树叶或大量昆虫蚕食植物时,植物都会紧张,释放出乙烯气体。科学家们还发现,经常受到威胁而紧张的植物,其生长速度会大大减慢,甚至会枯萎而死。

植物睡眠探秘

睡眠是人类生活中不可缺少的一部分。经过一天的工作或学习,人们只要美美地睡上一觉,疲劳感就会消除。动物也需要睡眠,有的甚至会睡上一个漫长的冬季。可是你知道吗?自然界里的植物也是需要睡眠的。

爱睡觉的叶子

每逢晴朗的夜晚,我们只要留心观察周围的植物,就会发现一些植物发生了奇妙的变化。比如公园中常见的合欢树,它的叶子由许多小羽片组合而成,在白天舒展而又平坦,可一到夜幕降临时,就会成对成对地合拢起来,这就是植物睡眠的典型现象。花生也是一种爱睡眠的植物,从傍晚开始,它的叶子便慢慢地向上竖起,表示白天已经过去,它要睡觉了。不仅植物的叶子有睡眠要求,就连娇柔美艳的花朵也需要睡眠。例如,在水面上绽放的睡莲花,每当旭日东升之际,它那美丽的花瓣就慢慢舒展开来,似乎刚从酣睡中苏醒。而当夕阳西下时,它又闭拢花瓣,重新进入睡眠状态。它这种“昼醒晚睡”的规律特别明显,因此得名睡莲。

一种保护性反应

植物睡眠在植物生理学中被称为睡眠运动。植物的睡眠运动给植物本身带来什么好处呢?起初,用来解释睡眠运动的理论是“月光理论”。提出这个论点的科学家认为,叶子的睡眠运动能使植物尽量避免遭受月光的侵害,因为过多的月光照射可能干扰植物正常的光周期感官机制,损害植物对昼夜长短的适应。后来科学家又发现,有些植物的睡眠运动并不受温度和光强度的控制,而是由于叶柄基部中一些细胞的膨压变化引起的。例如,合欢树、酢浆草、红三叶草等,通过叶子在夜间的闭合,可以减少热量的散失和水分的蒸腾,起到保温保湿的作用。例如合欢树的叶子不仅仅在夜晚会闭合,在遭遇大风大雨袭击时,也会渐渐合拢,以防柔嫩的叶片受到暴风雨的摧残。这种保护性的反应是对环境的一种适应。

植物报时钟探秘

18世纪著名的植物学家林奈,经过对植物开花时间的多年研究之后,把一些开花时间不同的花种在自家的大花坛里,制成了一个“报时钟”。人们只要看看“报时钟”里种植在哪个位置的花开了,就可以知道大致时间了。这是为什么呢?

植物的花期

原来,就一天而言(在植物花期内),植物的开花时间大体是固定的:蛇麻花约在凌晨3点开,牵牛花约在凌晨4点开,野蔷薇约在清晨5点开,芍药花约在早上7点开,半支莲约在上午10点开,鹅鸟菜约在中午12点开,万寿菊约在下午3点开,紫茉莉约在下午5点开,烟草花约在傍晚6点开,丝瓜花约在晚上7点开,昙花约在晚上9点开。林奈正是根据各种花卉的开花时间而设计“报时钟”的。

自然选择的作用

为什么各种植物都有自己特定的开花时间,而且固定不变呢?这是植物在长期的自然选择作用下形成的,以利于植物自身的生存。如在海滨的沙滩上生活着一种黄棕色的硅藻,每当潮水到来之前,它就悄悄地钻进沙里,以免被猛烈的海潮冲走;当潮水退去时,它又立刻钻了出来,沐浴在阳光下,吸收阳光,进行光合作用。科学家经过研究后发现,这种现象是由遗传基因控制的,因此可以代代相传,形成一种习性。如果把硅藻装入玻璃缸里,拿回家观察,就会发现:即使已没有潮汐的涨落,可它仍然像生活在海滩时一样,每天周期性地上升和下落,其时间和海水涨落的时间完全一致。

植物行为探秘

为什么向日葵总是追踪太阳?藤蔓植物的缠绕方向为何不一样?这些有趣而新奇的问题,就属于现代植物行为学的范畴。它是一个奥趣无穷的研究领域,吸引了许多植物学家追寻探索,设法解开其中的谜团。

葵花向阳的奥秘

向日葵之所以向阳是由于它受到体内生长激素的控制,因而会追踪太阳。这种生长激素是一种名叫吲哚乙酸的植物生长素。这是美国植物学家弗里茨·温特在1926年发现的。他让植物的芽鞘一面得到阳光的照射,一面得不到阳光的照射,结果芽鞘逐渐弯向了有阳光的一面。后来,他从芽鞘里分离出了植物生长素——吲哚乙酸。经科学家研究发现,这种化合物是怕见阳光的。所以,当阳光照射的时候,它便跑到没有阳光的一面,结果促使遮阴部分生长加快,受光部分则生长缓慢。由于重力的作用,植物便朝向了有阳光的一面。

缠绕植物攀爬的奥秘

在追踪太阳的植物中,最有意思的也许是缠绕植物。比如牵牛花,它盘绕在竹竿上的细茎全部沿逆时针方向,右旋着朝上攀爬。而另一种缠绕植物蛇麻藤则恰恰相反,以顺时针方向左旋着向上生长。为什么会这样的不同呢?有位科学家提出了一个有趣的假设。他推断这类缠绕植物的祖先,一类生长在北半球,另一类生长在南半球。植物的茎为了跟踪东升西落的太阳,久而久之就形成了各自的旋转,方向正好相反。如果这种说法正确的话,那么照此推论,一些起源于赤道附近的缠绕植物,就不可能有固定的缠绕方向。后来,人们真的发现了左右旋都可以的中性植物,它的原产地在阿根廷附近靠近赤道的地区。

会运动的植物叶片

很少有人知道植物也能像动物一样运动,只不过植物是在原地运动,表现得不像动物那样明显罢了。到目前为止,人们已经知道的能运动的植物有近千种,如梅豆、菜豆的爬竿运动,葡萄、丝瓜的攀援运动,向日葵的趋光运动等。不过,植物中最为奇妙的“运动员”要算是含羞草和跳舞草了。

含羞草“害羞”的奥秘

含羞草似乎有着特殊的“运动细胞”。只要触动一下它的叶子,它就会立即把“头”低下来。含羞草为什么会运动呢?大多数植物学家认为,这是靠叶子的膨压作用。在含羞草叶柄的基部,有一个鼓鼓的薄壁细胞组织,名叫叶枕,里面充满了水分。当你用手触动含羞草时,它的叶子一震动,叶枕下部细胞里的水分就立即向上或向两侧流去。这样,叶枕下部就像泄了气的皮球一样瘪了下去,上部就像打足了气的皮球一样鼓了起来,叶柄也就下垂、合拢了。叶子在受到刺激合拢的同时会产生一种生物电,把刺激信息很快扩散给其他叶子,其他叶子也就跟着合拢起来。当这种刺激消失以后,叶枕下部又逐渐充满水分,叶子就会重新张开,恢复原来的样子。

会跳舞的叶子

在中国南方,有一种名为长叶舞草的多年生草本植物。它的叶子经常在没有任何外界触动和刺激的情况下自发地摇摆,仿佛是在翩翩起舞。跳舞草为什么会跳舞呢?我们知道植物是通过光合作用来制造营养供自身生长的。为了获得更多的阳光,跳舞草的叶片总是朝向太阳或光亮的地方,随着光线的移动而变换位置,这样叶子便舞动起来了。那么,叶子怎样变换自己的位置呢?光线和温度的变化信息会通过两种生物活性物质传递给叶枕内的细胞。这两种物质能使叶枕内的细胞有的吸水而膨胀,有的吐水而缩小。细胞的膨胀和缩小产生了压力差,叶子就向压力小的一方移动。叶子们就这样跳起了妩媚多姿的“舞蹈”。

植物种子旅行的奥秘

植物是靠种子繁衍后代的。喜欢到大自然中旅行的人,如果注意观察就会发现:有些植物如野生兰花,有时在幽谷涧边默默无闻,有时在山腰浅坡望穿秋水,有时在池边湖畔探头浅笑,甚至在全国各地均可觅其芳踪。为什么同一种植物的后代能如此繁荣昌盛,遍布四面八方呢?

长翅膀的果实

许多植物的果实长有翅膀,凭借翅膀,它们成了“飞将军”。植物的“飞行装备”还相当不错,有的是翅膀或翅膜,有的是针芒,有的是羽毛或绒毛。有飞行装备的果实,种子会随风飞行到遥远的地方安家落户。这些长翅膀的果实或种子极轻,飞起来相当轻松。科学家发现,桦树的翅果能飞到1千米以外的地方,长着酷似船帆翅膀的云杉种子能飘到10千米以外。许多植物经过长期的自然选择,借助风力帮助它们繁衍后代,这正是大自然优胜劣汰的又一体现。

种子旅行的绝招

有些植物,如苍耳,种子外面生有刺毛、倒钩,像一个个绿色的刺猬。当人或动物经过时,能挂在或粘附于人的衣裤或动物皮毛上,伴随着人或动物的活动而免费旅行。还有一些种子是某些动物的食物,如松果,松鼠非常爱吃,常把它从树上摘下并埋到土中以备过冬之需,除吃掉的一小部分外,剩下的则就地自行萌发。还有些植物果实色鲜味甜、果汁多,如红樱桃,小鸟非常爱吃,果肉被消化了,种子有坚韧的种皮保护,随粪便排出体外落地生根,真是一举两得啊。还有些种子,如蚕豆、油菜等,在果皮变干收缩时产生爆裂,把种子弹出,分散到远处。植物有这么多传播种子的方法,怪不得植物的种子可以到处“旅行”呢!

植物也会“出汗”

有时候,我们能看见植物叶子的尖端或边缘,有一滴滴的水珠淌下来。有人说这是露水吧!真的是露水吗?让我们来细心观察一番。你看,那亮晶晶的水珠慢慢地从植物叶片的尖端冒出来,逐渐增大,掉落下来……一滴一滴地连续不断。显然,这不是露水,因为露水应该布满叶面。那么,这些水珠无疑是从植物体内跑出来的了。这是怎么回事呢?

吐水现象

在植物叶片的尖端或边缘有一种小孔,叫做水孔。它和植物体内运输水分与无机盐的导管相通,植物体内的水分可以不断地通过水孔排出体外。平常,当外界的湿度不高,气候比较干燥的时候,从水孔中排出的水分很快就蒸发散失了,所以我们看不到叶尖上有水珠积聚起来。如果外界的温度很高,湿度又大,高温使根的吸收作用旺盛,湿度过大则抑制水分从气孔中蒸散出去,这样,水分只好直接从水孔中流出来。在植物生理学上,这种现象叫做“吐水现象”。吐水现象在盛夏的清晨最容易看到,因为白天的高温使根部的吸水作用变得异常旺盛,而夜间蒸腾作用减弱,湿度又大,植物体内水分过剩,就出现了“吐水现象”。