“聪明”的植物


编译/王 健

 

我们对海豚、乌鸦和章鱼等动物所表现出来的“聪明”早有耳闻。但我们如何看待植物呢?比方说院子里的野花,它们只是美化院落的一种装饰吗?
在自然界中,植物因为几乎不动,所以常常背负“傻瓜”的名声:你看,它们一旦扎了根就一动不动,即使眼睁睁看着捕食者靠近,也不能仓皇逃命,更不能像动物一样四处觅食。
然而,近来一些研究发现很多植物也具有“智慧”。植物神经学领域的先驱、意大利佛罗伦萨大学教授斯特凡诺·曼库索认为:“如果把‘智慧’定义为具有解决问题的能力,那么我们可以从植物身上学到很多。”

植物也有“神经系统”

植物是可以活动的,而且还可以进行有意识的活动。只是相对于我们人类的眼睛而言,植物的运动就像冰川移动那样缓慢,在不具备延时摄影的条件下,我们的眼睛很难捕捉到这种运动。
达尔文是第一个注意到植物具有智慧并且可以进行有意识的活动的科学家。他观察到,植物根尖在生长过程中可以“绕开”土壤中的障碍物,并朝向有水的地方生长。因此,达尔文将植物的根尖比作“一些低等动物的大脑”。他甚至进一步观察到植物中存在电信号系统,这相当于动物的神经系统。遗憾的是,达尔文的这些发现在当时并没有得到更多的关注。
一个多世纪以后,大多数科学家仍然不认同植物是具有智慧的生物。2005年,当曼库索等一群科学家成立了“植物神经生物学学会”来研究植物的复杂行为时,持反对意见的科学家认为这简直是异想天开。尽管他们也承认植物具有电信号系统,但仍认为植物中根本不存在神经系统,更别提大脑了,所谓“神经生物学”的说法纯属无稽之谈。
尽管批评的声音不绝于耳,但曼库索他们并没有动摇。他们发现,植物的根尖处有一片极小的区域,那里能够产生电信号,即动作电位,它与人类神经元产生的信号非常类似。曼库索说,即使微小如黑麦,也拥有大约1 400万个根尖,这意味着植物能产生大量的动作电位。
众所周知,人类拥有智能的物质基础是大块的脑灰质区域,这也是神经系统的控制中心。但植物的神经系统是分散在每个根尖中的——显然,如果植物也拥有相对集中的“大脑”的话,那么任何一只食草动物或者一位除草人员都可以轻而易举地除掉它,这样的飞来横祸可是致命的。而分散的神经系统,就可以巧妙避免这一风险。实验表明,一株植物在90%的根尖被去除后仍然可以存活。

从植物的视角看世界

日常生活中,人们常常对周围的植物视而不见,仅仅把它们当成一道背景墙。但是植物却可以“看见”我们:它可以察觉我们在一步步靠近,并且可以确定我们穿的衣服是红色的还是蓝色的。不过,植物是通过光感受器接收不同波长的光线从而“看见”我们的,这跟我们看见植物的原理是不一样的。以色列特拉维夫大学植物生物科学中心主任丹尼尔·查莫维茨说:“我们能直接看到图像,植物不能;植物能‘看到’的紫外线和红外线,我们也看不见。”
植物的“智商”程度之高、花样之多,远远超出我们的想象。例如,生长在美国西部的盾叶鬼臼似乎可以根据过去和当前的天气,提前两年制定它们的生长计划。还有,在美国西部土生土长的一种大型针叶树种——花旗松,在生长过程中表现出了一种“雷锋精神”:它们通过地下根系形成的真菌共生区域为自己的幼苗及别的植物提供水分和营养物质。
为了让自己的生长计划更有理有据,或者能更准确地“开闸”收放资源,盾叶鬼臼和花旗松必须实时监测环境中的多个变量,如湿度、温度、土壤中营养物质和微生物的种类等。而为了对这一切了如指掌,它们必须练就一套三维视角。这种在三维迷宫般错综复杂的环境中生长的能力,甚至可以理解为植物已经通过了一种特殊形式的迷宫实验——而迷宫实验正是检验动物智能的惯用方法。

一手抓数学,一手抓语言

更厉害的是,植物还具有数字分析能力。2013年,英国科学家发现拟南芥会做一些相当复杂的运算,以确保自己在夜里不会“饿肚子”。我们都知道,植物在白天可以通过光合作用产生淀粉“喂饱自己”,但是到了漆黑的夜晚,当不能再进行光合作用的时候,它们就只能挨饿吗?非也。拟南芥可以在晚上计算叶片中淀粉的含量,并根据生物钟估算天亮的时间,它们结合两方面的数据将储存的淀粉分段消耗,以保证自己能撑到太阳升起的那一刻。当它们重新开始光合作用的时候,体内95%的淀粉已经被消耗殆尽——可见拟南芥算得有多精准!
除了会数学,植物的语言能力也不赖。植物可以通过根部散发出的不同化学物质与其他植物以及土壤中的有机物“交谈”,可以通过散发迷人的香气来吸引传粉者,可以产生刺激性的化学物质来抵御食草动物。这些形形色色的化学物质构成了植物的海量“词汇表”。

认识自己,也认识“自家亲戚”

自我认知行为被认为是动物具有智能的必要条件。打个简单的比方,如果站在镜子前的动物可以认出镜子里的自己,就证明它很聪明。迄今为止,已有人类(18 个月大的婴儿)、大象、宽吻海豚、逆戟鲸和欧洲喜鹊等很多动物通过了这项测试。
但人们有所不知的是,植物也具有自我识别的能力。在美国西南部莫哈韦沙漠和索诺兰沙漠生长着一种矮小灌木,当它的根系与其他植物发生直接接触时,会毫不留情地挡住人家的路,但不会抑制自身根系的伸展。这说明植物能够区分“自己”和“别人”。
植物不仅能认出“自己”,也能认出“自家亲戚”。以海南芥为例,科学家将一组海南芥与来自同一母株的“兄弟姐妹”种在一起,另一组海南芥则与“非亲非故”的其他植物种在一起。几星期以后,前者的根系呈现出一派“和平共处”的局面,而后者的根系竞争则惨烈得多。也就是说,海南芥不仅能识别出谁是“自己人”,还能无私地对待自己的亲缘类群,这一现象被科学家称为“亲缘识别”现象。
我们人类应该怎样对待这些具有智能的植物呢?有伦理学家认为,既然植物不是一种无意识的静物,它们就理应得到尊重。
(本文编译作者王健为华东师范大学生命科学学院副研究员)

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