书城科普探索神秘的科学未知(新编科技大博览·B卷)
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第36章 植物未知(1)

植物登陆之谜大家知道,地球上最早的生命是在海洋里,后来逐渐登上了陆地,陆地上才有了植物。可是,是哪一种植物最先登陆的呢?

有人认为最先登陆的是裸蕨类植物。其理由是这种植物有维管束,它可以把水分输送到植物体的各个部位,供叶片进行光合作用和蒸腾作用。他们把有无维管束作为判断是不是陆地植物的标准。持这种观点的科学家认为,自从裸蕨出世500万年以后,便朝着两个方向发展。一类是工蕨属挺水植物,在长期进化过程中,把光秃无叶的枝茎表面细胞突出体外,像突起的鳞片,逐渐变成小型叶的石松类植物和楔叶类植物。莱尼属植物是生长在沼泽地中的半陆生植物,逐渐朝着大叶型方向演化,最后形成直蕨类植物和种子植物。

有人认为最早的陆生植物应该是苔藓。持这种观点的人认为,因为陆地上最早的植物比较原始,不一定非有维管束不可。尽管苔藓类植物的体内结构比较简单,输导组织不发育或不甚发育,但是,植物界从苔藓开始已出现颈卵器与精子器。这是一种保护生殖细胞的复杂的有性生殖器官。尤其是在颈卵器中能发育成幼态植物——胚,胚才是陆生植物特有的象征。

有人认为最早登陆的植物是藻类。持这种观点的人着眼于植物的光合作用。科学家们从藻类中已经发现叶绿素、岩藻黄素、藻红素和藻蓝素等多种光合色素,其中绿藻门类植物所含的色素种类及组成比例与陆地植物的光合色素比较一致,而且细胞内的贮藏物质也都是淀粉。由此推论,最先登陆的植物应该是绿藻门类。

以上种种假说,还都有不能自圆其说的地方,要想揭开最先登陆植物之谜,还需要有力的证据。

植物睡眠之谜

植物是需要睡眠的,有些植物的睡眠很容易就能观察到。比如合欢树,每到夜晚,就会把镰刀样的小叶子成双成对地合抱在一起,进入了“梦乡”。这时,花生的叶子也全都向上关闭着,小枝都有气无力地耷拉下来,显然,它已经熟睡了。睡莲也是这样,白天怒放的花朵,这时也都全部闭拢起来。第二天清晨,当太阳升起来的时候,睡了一夜的合欢叶子、花生叶子又都舒展开来,睡莲也慢慢张开了花瓣。

除合欢树、花生以外,还有红三叶草、酢浆草、白屈菜、羊角豆等,它们的叶子也都是晚上合闭,白天伸开。晚上睡觉的花朵,除睡莲外,还有郁金香、番红花、蒲公英等。

有些植物睡觉的时间不是在晚上,而是在白天。晚香玉就是这样,一到晚上就精神十足,白天却无精打采。烟草花也是白天闭合夜间开放。

随着季节的变化,当严冬到来的时候,植物的叶子就开始枯黄凋落,整植株部进入了休眠状态,各部分都停止了生长,在酣睡中度过寒冷的冬天。有的植物只是部分在睡眠,如腋芽。

植物学家把这种现象叫做睡眠运动,很早就引起了科学家的注意。

植株旁边的胞芽处于休眠状态早在1880年,植物的睡眠运动就引起了著名科学家达尔文的关注。他通过对69种植物的夜间的活动作了观察和记录后发现,如果一些叶子因叶片上积聚了露水,或人为地保持叶子在白天的样子而不能自由运动,比能自由运动的叶片更容易遭受寒露或霜冻的袭击。他认为,植物叶子在夜间的活动由于减少了自身热量的散发,有效地抵御了夜晚的寒冷,因而有助于植物的成长。达尔文的观点因未得到事实的证明,所以一直未引起科学家应有的注意。

直到20世纪60年代,欧美和日本的一些科学家们才开始研究植物的睡眠运动,对此提出了种种假说。其中有人认为,叶子的睡眠运动能使植物免受月光的侵害,因月光的过多照射,可能干扰植物的光周期感官机制,损害植物对昼夜长短的适应。这就是一时很流行的“月光理论”。但这一理论对许多现象难以解释,比如:有些热带植物不具有光周期现象,却也出现了睡眠运动。

前不久,美国加利福尼亚州斯克雷帕斯海洋研究院的行为生理学家恩莱特根据自己的实验,对植物的睡眠现象提出一种新的解释,认为植物叶子在夜间的这种姿态能保持其自身的温度,从而促进叶子的生长。他的这一结果是用灵敏的“热量探测针”对蚕豆类豆科植物的叶子测量出来的。他发现,保持白天姿态的叶子,它的平均温度总是比叶片处于垂直状态的叶子的平均温度要低1℃。别看温差这样小,可对植物的生长却有着重要的影响。在相同的环境下,具有睡眠活动的植物生长速度较快,而且比不睡眠的植物具有更大的长势,生长速度可增快20%。

植物睡眠的奥秘一步步被揭开,人们对植物这种现象的认识越来越清楚。但是,还有一些现象用以上理论还难以给予圆满解释:有睡眠运动的植物真的比其他没有睡眠运动植物生长得快吗?有些白天睡眠的植物也是为了保持温度吗?没有明显睡眠现象的植物就不睡眠吗?这些还都是未解之谜。

植物落叶之谜

随着阵阵萧瑟的秋风吹来,遍地是各种植物黄色的落叶。人们不禁要问,为什么植物会落叶?而落叶为什么多发生在秋天?科学研究认为,影响植物落叶的条件是光而不是温度。实验也证明,增加光照可以延缓叶片的衰老和脱落;反过来,缩短光照时间则可以促进落叶。夏季一过,秋天来临,日照逐渐变短,便会满地黄叶。但是,仍有许多问题无法解释,既然影响植物落叶的条件是光照,那么,光照究竟又是通过什么机制在控制落叶?另外,常绿植物的落叶又是怎么回事?相信这些谜底将会随着科学的不断发展而被揭示出来。

食人植物之谜

世界之大,无奇不有。近些年来,不断出现报道食人植物的消息。这样的消息,留住了许多人的目光。

最早报道食人植物的是来自19世纪后半叶的一些探险家。其中有位名叫卡尔·李奇的德国探险家,在一次探险归来后说:“我在非洲的马达加斯加岛上,亲眼见到过一种能吃人的树木,当地居民把它奉为神树。曾经有一位土著妇女,因为违反了部族的戒律,被驱赶着爬上神树,结果树上8片带有硬刺的叶子把她紧紧包裹起来,几天后树叶重新打开时,只剩下了一堆白骨。”从此以后,关于食人植物的传闻便风传开来,同时关于食人植物的报道也多了起来。

在印度尼西亚的爪哇岛上,还生长着一种名叫“奠柏”的可怕的吃人树。这种树是由许多柔软的枝条构成的。平时,这些枝条是任意舒展着的。一旦有人或野兽无意中触动了其中一根枝条,树就好像得到了警报,并随即动员所有的枝条迅速行动起来,把人或兽紧紧抓住,就像海里的章鱼一样用触手卷住猎物。同时,枝条便会流出一种胶状的液体,把人或兽消化掉。然后又重新展开枝条,等待着下一次机会。

当地人非但不肯将这种可怕的树毁掉,反而竭力加以保护。因为这种树流出的胶液是一种珍贵的药材和工业原料。可采集这种胶液是要付出生命危险的。当地人想出了一种巧妙的对付办法,他们先用一筐鲜鱼喂给树吃。当树吃饱鱼之后,便像吃饱喝足的懒汉一样,即使有人再去碰它的枝条,它也不愿意动手动脚了。他们就这样采到了胶液。

在巴拿马的热带原始森林里,还生长着一种类似奠柏的“捕人藤”。如果不小心碰到了藤条,它就会像蟒蛇一样把人紧紧缠住,直到勒死。

据报道,在巴西森林里,还有一种名叫亚尼品达的灌木,在它的枝头上长满了尖利的钩刺。人或动物如果碰到了这种树,那些带钩刺的树枝就会一拥而上,把人或动物围起来刺伤。如果没有旁人发现和援助,就很难摆脱这种困境。

这一次次耸人听闻的报道,使植物学家对此不能无动于衷。1971年,由一批南美洲科学家组成的一支探险队,深入马达加斯加岛,在传闻有吃人树的地区进行了广泛的调查,结果一无所获。

对于食人植物,很多人持肯定态度。众所周知,有一些植物对光、声、触动都很敏感,如葵花向阳,合欢树的叶朝开夜合,含羞草对触动的反应。最近又有人发现,植物也有味觉、痛觉,甚至也会唱歌。由此推论下去,食人植物的存在不是没有可能的。

食虫植物之谜

人要吃肉,有些动物要吃肉,殊不知有些植物也要吃肉。可植物吃起肉来,比起人和动物,那要差得远了,因为植物不会动,但植物也自然有一套捕捉小动物的诀窍。

食虫植物的足迹几乎遍及世界各地,主要分布在热带和亚热带地区,其他地区则不多见。食虫植物的家族也很庞大,全世界大约有5百多种,高等食虫植物有猪笼草、瓶子草、狸藻、茅膏菜等品种。在各种各样的环境中,几乎都有食虫植物生长。有的生长在水里,有的生长在酸性沼泽地或泥炭地上,有的分布在平原,有的生活在丘陵和高山上。每种食虫植物,几乎都有与众不同的叶子,有的像瓶子,有的像囊袋,有的像蚌壳,有的像勺子。

每种捕虫植物都有自己的捕虫方法。有的叶上有蜜腺,能分泌出香甜的汁液,引诱昆虫来捕食,把昆虫粘住;或让昆虫跌进设好的陷阱中去,锁住或关牢。特殊的腺体能分泌出近似动物胃液的酸性消化液,用来吸收昆虫体内的氨基酸和矿物质。这些食肉植物的对象主要是昆虫,像孑孓、苍蝇、蚊子、黄蜂、蚂蚁等小动物,较大的有蜻蜓等。有的还能捕捉青蛙和小鸟。它们捕捉一次,就能吃上10天20天的。

最早注意到食虫植物的是达尔文。早在1875年,他就曾写过一本《食虫植物》的书。达尔文曾用蒸馏水、糖水、含氮化合物溶液、砂粒、玻璃屑、鸡蛋和肉末等东西在茅膏菜、捕虫堇和捕蝇草等食虫植物的叶子上做实验,证明这些食虫植物的食虫功能主要是受含氮化合物刺激的结果。他还分析,这类植物体内可能有像运动神经中电脉冲一样的信号,由触发毛迅速传递给内部的运动细胞,进而引起运动细胞的迅速反应。

牛津大学的学者罗宾斯根据达尔文的思路,对捕蝇草进行研究后提出,这种刺激是化学刺激,可能是尿酸,因为所有昆虫的排泄物中都含有丰富的尿酸。

英国威尔士大学的赫里森和诺克斯等科学家在1979年还曾对食虫植物消化、吸收过程进行了研究。他们用同位素碳14标记的海藻蛋白来“喂养”捕虫堇,用来跟踪蛋白质在植物体内的运动。他们发现,蛋白质的最终消化物——氨基酸和肽,仅在2—3个小时内就移到了叶子里,然后在1—2个小时内就可达到茎、根部及其他生长点。他们把食虫植物的消化循环分成分泌和回收两个阶段。当昆虫等刺激到腺体时,就会促使消化液外溢,然后通过植株的其他部分形成的扩散梯度而被腺体回收。

西德达姆施塔理工学院的学者勒特奇通过自己的实验得出了与上述两人不同的结果。类似猪笼草这类袋装植物,不是借回收消化液来吸收氨基酸和肽,而是靠植物体内特殊的“泵”来实现的。这种泵是靠植物新陈代谢所提供的能量驱动的,它的吸收是有选择性的。食虫植物真有这样一个泵吗?这个泵在什么地方,现在仍不得而知。

有些科学家认为,粘液腺所分泌的粘液是由腺毛分泌细胞内的高尔基体合成和贮存的。高尔基体产生许多囊泡,囊泡遂渐移向质膜,并同质膜融合,粘液就排出到质膜外,最后经过细胞壁分泌到腺体表面。消化腺分泌的消化液内含有各种酶,如蛋白酶、酯酶和酸性磷酸酶等。

西德海德堡大学的植物生理学家博普和韦伯认为,食虫植物的食虫功能与3—吲哚乙酸有关。英国伦敦大学的医学生理学家布东·桑德斯认为是食虫植物体内的电脉冲帮助了它们的捕虫动作。这一观点得到了加拿大渥太华卡林顿大学昆虫生理学家雅哥布逊的证实。但这一观点很快遭到了人们的反对。许多研究证明,植物体内的电活动起的作用并不重要。

科学家们之所以这样热衷研究食虫植物,是因为它的意义十分重大。如果人们一旦掌握了这种植物食虫的秘密,就可能在贫瘠的土地上培育出能自动补充营养的高级植物。

植物探矿之谜

整个自然界离不开植物。没有植物,人类就无法生存。因为植物可以绿化大地,净化空气,为人们提供粮食和蔬菜。除此之外,植物还能帮助人们寻找地下的宝藏,可见植物对人的恩惠是无穷无尽的。

世界上有许多铜矿就是根据植物找到的。赞比亚西北省的卡伦瓜有一个世界著名的铜矿。这个铜矿的发现,就是得益于一种开蓝色花朵的铜花。我国北部生长着一种叫海州香薷的草本植物,这种植物倍受地质工作者的青睐。因为凡是有这种植物的地方,那里往往埋藏着铜矿,因为这种植物的根部含铜量很多。在我国,这种植物已正式被列入铜矿指示植物。在乌拉尔山区,有种开蓝色花朵的野玫瑰,人们分析,这种奇怪的颜色可能与铜矿石有关。经勘探,果然在那里找到了一个铜矿。

还有些植物成为黄金的向导。1934年,捷克斯洛伐克化学家巴比契卡等人把玉米烧成灰,研究其化学成分时,竟然发现里面有黄金。接着,他们又对当地其他几种植物如向日葵、冷杉和山毛榉进行灰分分析时,也发现了黄金。结果在这里找到了一个金矿。还有一些植物,如问荆、鸡脚蘑、凤眼兰等,也都有吸收土壤中黄金的能力,所以,在这些植物生长茂盛的地方,很可能有金矿。我国地质工作者在野薤子的指引下,在湖南西部的会同县找到了一个金矿。