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绿色植物不可思议的七个秘密
2017-07-03 16:05   
一棵树跟你的生命有何重叠之处?请种下一棵树,每半年带孩子去看它,在树干上刻画孩子的身高。当孩子长大成人,这棵树会提醒你孩子的成长过程。
 

第一件事:莲蓬

等待出头天,一期一会的契机

种子擅长等待。大部分的种子至少等了一年才开始生长,樱桃种子等上一百年也没有问题。唯有在独一无二的温度、湿度、光线组合,加上许多条件同时出现时,种子才会勇敢冒险,把握今生唯一的一次生长机会。

等待中的种子还会活着。地面上的每颗栎实,都像它头顶上300岁的参天栎树一样拥有生命。种子等待成长茁壮的机会,栎树等待死亡。

当你走进森林里,抬头仰望长的比你高大的植物,可能不会低头凝望躺在每个足印下的几百颗种子,但每颗种子都拥有生命并且正在等待。它们抱着一线希望,等待一个可能永远不会到来的机会。

这些种子之中,超过半数在适合生长的机会出现之前就会死去,碰到环境恶劣的年头,每颗种子都会死。种子的死几乎无足轻重,因为一颗高耸的桦树每年制造的新种子至少有50万颗。你在森林里每看见一棵树,就等于泥土里还有100棵数正在等待,它们拥有生命,并强烈渴望延续生命。

坚守希望

等待发展的机会

种子里的胚胎开始生长时,基本上只是从对折的等待姿势,展开成多年前就已成形的植物形态。桃子核、芝麻、芥末籽或核桃的坚硬外壳,主要的功能是防止胚胎伸展开来。我们在实验室里,只要划开硬壳再浇一点水,几乎就能让所有种子生长发育。这些年来我开过的种子数以千计,但隔天出现的嫩芽永远令我惊讶。只要一点点帮助,就能让如此困难的事变得非常容易。只要有适当的地方与适当地条件,你就可以发展成自己的应有样子。

科学家打开一颗莲花的种子外壳,悉心照顾胚胎生长之后,依然保留着空壳。用莲蓬的外壳进行放射性碳定年后发现,这株莲花幼苗,已经在中国的泥沼田里等待了至少2000年。人类文明起起落落的同时,这颗小小的种子一直顽强的坚守希望。

每个起点都意味着等待的结束。每个人都只有一次存在的机会。每个人都是不可能却也无法避免的存在。每棵强壮的树最初都是一颗等待的种子。

第二件事:蓝叶云杉

万事万物都比最初的假设复杂

跟多数人一样,我的童年也有一棵难忘的树。那是一棵蓝叶云杉(Picea Pungens)。夏天我拥抱它,爬到它身上,跟它说话,想象它很了解我。后来我上了大学,开始长时间离开家乡,也离开了童年。

从那时起,我渐渐明白我的树也曾经是个孩子;胚胎在地上等了好几年,同时面对等待太久与过早离开种子的危险。任何错误都可能导致死亡,被残酷的世界吞噬,这世界有办法在短短几天内,让最强韧的叶子腐烂。我的树也经历过青春期,有10年时间疯狂生长,几乎不考虑未来。从十岁到二十岁这段期间高了一倍,新的高度带来的挑战与责任,经常使它措手不及。树的一年跟其他青少年差不多:春季抽高,夏季长新叶,秋季扎根,然后不情愿的进入无聊冬季。

从青少年的角度来说,成年树木象征单调又冗长的未来,长达50年、80年或100年的漫长岁月里,只有一个目标:维持屹立不摇;工作是零碎而辛苦的,包括每天早上停止释放酵素。不再需要为了在地底开疆扩土而摄取大量养分,仅剩可靠而年老的主根,慢慢钻入去年冬天的新裂缝。

但生活不适合环境里的树,连一半的高度都无法达到,也不会有青少年时期的突然抽高;它们只能勉力求生,生长速度还不到那些幸运儿的一半。

我的树活了80多年,这段期间可能病过几次。动物和昆虫为了寻找栖息之所和食物,曾经对它展开接二连三的猛烈攻击,但是它只能留在原地。它先发制人的攻击手段,是用尖刺和不能吃的有毒树汁保护自己。处境最危险的是树根,脆弱的树根被闷在一层腐烂的植物组织底下。我的树用微薄的积蓄打造这些防御武器,而不是用在更快乐的用途上;每一滴树汁都是没有机会出生的种子,每一根尖刺都是一片没有机会成形的叶子。

生存不易

珍惜生命的记忆

2013年,我的树犯了个致命错误。它认为冬天已结束,开始伸展树枝,为夏天做准备。没想到那年五月来了一场罕见的春季暴风雪,短短一个周末就出现大量降雪。

虽然针叶树能够承受沉重的积雪,但多了新叶的重量是不堪重负。树枝被折弯、断裂,剩下一根光秃秃的高耸树干。爸爸妈妈将它安乐死,先砍掉再挖出树根。

在我终于领悟到,对我的树来说,生存是多么了不起的一件事之后,却刚好得知它的死讯,至今仍觉得有些讽刺。但是我认为不只如此,我们的杉树不只是活着,而且拥有生命,跟我的生命类似但不完全相同。

岁月也改变了我、我对我的树的认识,以及在我的认知里我的树如何看待自己。科学使我明白万事万物都比最初的假设复杂,科学也使我相信:唯有通过详实的记录,才不会遗忘曾经存在且不复存在的重要过程,包括那棵应该比我长命却不幸夭折的蓝叶云杉。

第三件事:朴树子

学习从另一个角度看事情

我的博士论文以美洲朴(Celtis occidentalis)为主题,俗称朴树,遍布北美洲。朴树的寻常程度不亚于香草冰淇淋,连外观都一样单调乏味。朴树是北美洲的原生植物,曾在美国各大城市广泛栽种,目的是对抗欧洲政府新世界造成的无数伤亡之一。

能害死朴树的东西不多。朴树被观察到能耐受早霜与迟旱,连一片叶子也不会掉。朴树只能长到9米高,永远无法像18米高的榆树前辈那样高大威武;朴树对环境要求不高,但是它们越谦虚就越令人敬重。

我对美洲朴有兴趣,是因为朴树子很奇妙,外观看起来很像蔓越莓,但如果拿起一颗捏捏看,会发现朴树子跟石头一样坚硬,因为它真的是一颗石头:玫瑰色外皮底下是一层比牡蛎壳还硬的壳。这石头般的结构就像坚固堡垒,帮助朴树子通过动物肠道,度过雨雪风霜,生根发芽。

在研究进行得如火如荼之际,我观察的朴树与附近的朴树都没有开花,也没有结果。最能够凸显人类有多么无助和愚蠢的,莫过于一颗不开花的树。让我学会最重要的科学观念:做实验并不是设法让世界对你言听计从。我在科罗拉多州把全部精神放在朴树没做的事情上,却没有观察它们做了哪些事儿。那年夏天,开花结果必定被某件事情取代了,某件我没有注意到的事。树永远都在做某件事;当我把这个事实放在面前时,已经靠近问题的核心。

第四件事:落叶树

独霸一方依赖好的经营计划

落叶树的生命依赖年度预算。每年他都必须在3-7月这短短的几个月内,长满一整个树冠的新叶。如果它今年无法达成配额,竞争者就会占据地盘一角,并且慢慢蚕食鲸吞,最后它将失去立足之地而死。如果一棵树打算再活十年,今年与接下来的每一年,都必须把叶子长满。

街道两边的枫树,高度跟路灯差不多,不是住在森林里的高耸枫树。这棵树把每篇叶子分开悬挂,叶子表面堆放叠成某种接收光线的阶梯。你会发现通常树顶的叶子会比底部的叶子小,如此一来,每当风吹来并分开上方的树枝时,底部的叶子就能接受阳光照射。你会发现树冠位置较低的绿叶颜色比较深,它们含有更多帮助叶子吸收阳光的色素,所以能够收集到穿透树荫的弱光。

树长新叶时必须为每片叶子编列预算,分配的依据是每片叶子与其他叶子的相对位置。一个好的经营计划能让你的树成为这条街上最大也最长寿的树,但是没这么容易,也没那么便宜。这棵小枫树上的叶子加起来重达32斤。唯一的能量来源是太阳。叶绿素是一种汤匙状结构的大分子,汤匙里有一颗珍贵的镁原子。为32斤的叶子提供能量所需要的镁,相当于14颗综合维他命加起来的镁含量。为了帮32斤的叶子累积土壤养分,这棵树必须先吸收再蒸发至少300升的水,这些水分足以装满一辆油罐车、供25个人生活一年。

第五件事:白萝卜

个性决定资源配置

80株萝卜在空气完全静止的箱子里,接受一模一样的光与湿度条件,生长21天。角落的一株特别显眼:它扭曲缠绕,同时向上和向外伸展,推开邻居的叶子,让自己最大片的叶子压住邻居的主茎。这株植物的编号是C-6,不知道为何它的行为跟其他植物截然不同。

任何一株植物都一样,如果上下两端都成功生长,就必须决定如何处理当日收获。取得新资源之后,可以采取以下四种行为之一:生长、修复、防御或繁殖。植物做选择时,控制决定的因素是什么?其实跟我们面对新资源时的决定因素有许多重叠之处。基因限制了我们的可能性;处理资源时,有些人生性保守,有些人喜欢赌博。评估新的投资计划时,就连繁殖能力也可能被纳入考量。C-6不是正规研究的一部分,但是,它改变了我的思维,程度甚至超过我熟读的教科书。

第六件事:桉树

临危要互相照应

走进桉树林,你会发现自己被一种独特的气味包围:刺鼻、辛辣,还有一点点肥皂味。这是一种桉树制造和释放的化学物质,叫做挥发性有机物(volatile organic compound,简称VOC)。大部分的VOC不含氮,对植物来说相对容易制造。对一棵树来说,在森林里大量释放VOC没有真正的坏处,因此才会有人类嗅觉已熟悉的桉树气味。相反地,人类嗅觉侦测不到大部分的VOC。在森林里,VOC的制造量又高低起伏,这是因为每种VOC都会根据某种信号而开启或关闭。茉莉酸(jasminic acid)就是其中一种常见的信号,会在植物受伤时被大量制造。

植物与昆虫之间的战争已持续四亿年,科学家推断,在叶子第一次受伤之后,植物就开始灌注毛毛虫毒药到叶子里,毒药刺激了VOC的制造。科学家进一步假设,VOC必定传送至少1.6公里,其他树侦测到VOC并把它设为求救信号,提早用毛毛虫毒药武装叶子。1980年代的毛毛虫代代都死得很凄惨,树靠这种长期战术,扭转了战争走势。根据多年观察,研究人员相信地面上的信号传递是可能性最高的解释。他们知道树不是人类,也没有感情:对人类没有感情。树不在乎人类,但它们可能在乎彼此。或许在碰到危机时,树会彼此照应。

第七件事:玉米

繁殖付出高昂成本

1879年,有位德国科学家发现,玉米的每日增重趋势是幅度平缓的S形。每天帮盆子里的玉米称重,第一个月几乎没有观察到增长。第二个月植物重量飙升,接下来每周加倍生长,到第三个月达到高峰。科学家惊讶的发现重量再度减轻,等到开花结果时,重量只有高峰时期的80%。这个科学观测结果持续不变,从那之后接受记录的几千株玉米,都呈现类似的平缓S形生长。植物学教科书用很长的篇幅介绍生长曲线,但最令我的学生感到困惑的,永远都是平缓的S形曲线。

植物为什么会在接近生产力高峰的时候减少质量?我提醒他们,已有证据显示质量下滑意味着繁殖。绿色植物接近成熟期,部分养分被收回来重新利用,制造花朵与种子。父母为了繁殖下一代付出高昂成本,这点在玉米田里相当明显,就算距离遥远也观察得到。

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