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植物也能分辨上下

时间:2014-03-07 09:43   来源:中国台湾网

  在达尔文里程碑式的著作《植物的运动力》出版的一个多世纪之前,1758年,一位叫昂利-路易?迪阿梅尔?迪蒙梭的法国海军督察员(他同时也是一位兴趣浓厚的植物学家)发现,如果他把一株幼苗上下倒置,它的根会重新定向而向下生长,而它的茎会弯曲,向着上方的天空生长。这个简单的观察表明,根的生长仿佛是受到了重力向下拉(正向地性),而茎的生长仿佛是向着对抗这一拉力的相反方向(负向地性),这引发了一连串的问题和假说,此后一直持续影响着全世界的实验室所做的研究工作。许多科学家在看到迪阿梅尔所做的报告之后,都得出结论,认为根进行重新定向的方式一定和重力有关。但是英国皇家学会会员托马斯?安德鲁?奈特在大约50年之后指出“(重力影响植物生长的)假说似乎并没有得到任何事实的支持”。虽然很多科学家把迪阿梅尔的观察看作重力影响植物生长方式的证据,却没有人做过严格的科学实验来检测这个说法,而这正是奈特准备要做的事。

  奈特是一位拥有土地的英国乡绅,住在英格兰西米德兰兹郡的一座城堡里,城堡周围环绕着广大的花园、果园和温室。他并未接受过科学研究训练,但就像19世纪的贵族们的普遍情况那样,他把闲暇的时间用于探求科学知识,很快就在园艺学方面有了精深造诣。事实上,他是那个时代最拔尖的植物生理学家之一。为了要研究植物如何知道上和下,奈特发明了一种复杂精巧的实验设备,通过同时提供一个能够影响根生长的离心力,可以抵消地球重力对植物生长产生的效应。他建造了一辆水轮车,用流经他庄园的一条小溪驱动,又把一块木板安置在水轮车上,使木板可以随水轮车一同转动。他把几株蚕豆幼苗沿不同方向紧紧绑定在木板之上,使它们的根尖朝向任何方向——有的向着转动中心,有的背着转动中心,有的成一角度,等等。

  他让水轮车以每分钟150转这样令人眩晕的速度旋转,如此一连数天。幼苗便随着木板的每次转动而不断地翻筋斗。实验结束时,奈特看到所有幼苗的根都背着水轮车的中心向外生长,而所有幼苗的茎都向着中心生长。

  通过这种替代性的离心力,奈特对幼苗施加了一种类似重力的力,展现了如下事实:根总是向着离心力的方向生长,而茎总是向着相反的方向生长。奈特的工作为迪阿梅尔的观察提供了第一个实验支持。他的实验表明根和茎不只是会对天然重力做出反应,还能对水轮车提供的离心力这样的人造重力做出反应。然而,这还是没能解释植物如何感知到重力。

  在19世纪末,科学家重新燃起对植物如何感知重力的兴趣。就像植物科学中的很多研究课题一样,这次又是达尔文和他的儿子弗朗西斯进行了这个领域的权威性实验。这一回,达尔文父子用极为详细而面面俱到的典型的达尔文式风格的研究,精准地确定了植物感知重力的部分。他们最开始的猜测是“重力感受器”(这个词是模仿光感受器一词创造出来的)位于根尖。为了检验这个假说,他们把蚕豆、豌豆和黄瓜的根尖切掉不同长度的小段,然后把根侧着放在潮湿的土壤上。当根继续伸长时,它们不再具备重新确定生长方向和向土壤中弯下去的能力。即使只切掉长仅0.5毫米的根尖,都足以消除植物对重力的全部敏感性!达尔文父子还注意到,如果根尖在切掉之后数日内重新生长出来,根就能再次获得对重力做出反应的本领,其行为会回到以前的老路上——向土壤中弯下去。

编辑:吴晓寒

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