第4章 好奇的天文學家

案例

在1729年夏天的一個美好傍晚，法國天文學家讓·雅克·德奧圖·德梅朗坐在書桌旁寫論文。他停了下來，失神地看著窗外晴朗的夜空，思考著一個深奧的句子，我們之中的部分人在集中精神思考問題的時候也是這樣。雖然外面還沒有昏暗到需要點燈來工作，但是天空的光線清楚地表明，就要到晚上了。德梅朗還沒能理清思路寫出淺顯易懂的文章。他將目光轉回房間內，落在了窗臺上花盆里的一株植物上。這是一株含羞草，它有細細的毛茸茸的葉子，是他最愛的植物之一。德梅朗的思緒又重新回到現實世界，他發現含羞草已經“睡覺”了：白天的時候它的葉子是張開的，而此刻它的葉子已經合上了。德梅朗很羨慕這株植物，它可以一直遵循規律不動搖，始終準時入睡。他問自己，人類的清醒和睡眠狀態是否和葉子的張開、閉合狀態是一樣的呢？可惜他的生活未能遵循規律，尤其在寫東西的時候，他經常會一直工作到凌晨，直到累得握不住羽毛筆為止。但是上床之后，他很長時間都睡不著，還在想著文稿。等他醒過來的時候，太陽已經高高升起了。

這天晚上，在睡著之前，他一直在思考人的睡眠和含羞草的睡眠是否有共同之處。他想，絕大多數的動物都會睡著，植物難道就不可以嗎？但是從另外一個角度想，植物不像動物，它們既不會亂跑，也不消耗精力，為什么它們需要用睡眠來恢復精力呢？和人類以及動物不一樣，植物是在固定的地方生長的，它們不能離開陽光，完全依賴于晝夜變化。或許撐了一天的葉子對植物來說是非常疲憊的事情。白天植物張開葉子，是為了吸收陽光還是為了給植物的下半部分創造一片陰涼？不管怎樣，葉子都不需要在日落之后張開了。所以葉子的活動明顯與明暗變化有關。但是為什么含羞草的葉子在日落之前就閉合了呢？當然，太陽的位置在一天之中會發生變化，傍晚的時候日光就不是從正上方射下來了。因此葉子的狀態適應太陽的方向變化，以便吸收陽光或者制造陰涼，對植物本身是有益的。德梅朗經常觀察植物的葉子是怎樣朝向太陽張開并隨之運動的。他思考這個現象越多，便越清楚這與陽光和黑暗都有密切的聯系。

雖然才凌晨3點，他卻突然醒了，然后猛地坐了起來。他想到了一種測試葉子運動與太陽運動的關系的方法！德梅朗從床上跳了下來，跑進了工作室。他匆忙打開書桌下面的柜門，拉出所有的抽屜，給含羞草騰出空間，然后把花盆放進去，最后關上門。這個簡單的實驗讓他十分興奮，他甚至沒指望還能睡著，可是當他回到臥室，幾乎在還沒上床的時候就馬上睡著了。第二天早上待他醒來已經很晚了，過了一會他才想起來，昨天夜里他開始了一項實驗。他又從床上跳了起來，奔下樓沖向工作室。他拉上窗簾，使整個房間盡可能地變暗。然后他小心地打開書桌的門，使腦袋剛剛好能探進去。讓他吃驚的是，雖然含羞草完全處于黑暗之中，但是它已經“醒”了，像以往那樣張開了葉子！

繼續專心寫文稿對他來說是有點困難了。又是陽光明媚的一天，他決定到室外去工作，這樣他就能把工作室的窗簾拉上了。大約每隔一小時，他就進屋去看看書桌下面處于黑暗中的含羞草。含羞草的葉子一整天都是張開的，直到下午晚些時候才開始閉合。在太陽還未完全落山的時候，葉子已經完全收攏了。當他半夜上床睡覺的時候，含羞草已經“睡”熟了。

在接下來的幾天里，德梅朗迅速地記錄著他的觀察，所以他一直沒睡好。將近一個星期的時間里缺少睡眠，他累得在晚上8點到9點就睡熟了。半夜他醒來，從臥室的窗戶向外看，雖然外面還是很暗，但是已經破曉了。他走下樓，想要再看一眼置于書桌里黑暗中的含羞草。工作室拉著窗簾，里面漆黑一片。他不得不點燃一根蠟燭才能看清四周。然后他把蠟燭放在了離書桌盡可能遠的地方。眼睛適應黑暗之后，能夠很清楚地看清昏暗的房間了。他將書桌柜門拉開一條足夠用來觀察的小縫。他看到，含羞草已經開始張開葉子了。他持續進行了幾天這個小實驗，然后確定，含羞草的葉子一直遵循著和之前在窗臺上一樣的規律。

顯然植物“能夠知道”太陽的位置，“知道”什么時候是白天，什么時候是黑夜。實驗進行的下一個階段里，德梅朗試著將他的時間安排提前，以便他在日落之后，以及陽光穿過窗簾之間狹窄的縫隙射進工作室之前打開柜門。每天早上太陽升起之前，含羞草的葉子就已經張開，晚上日落之前葉子又合上。它就好像一個整天躺在床上不見日光的病人一樣，但一直是晚上睡覺、白天清醒的狀態。德梅朗推斷，葉子的運動，至少是含羞草葉子的運動，應該不只是對光線和明暗的反應。在1729年夏天接下來的日子里，他重復了多次實驗。每次他都把這株植物放到黑暗中好幾天，然后又將它置于陽光下，因為它需要陽光。他為了觀察其他植物的狀況，甚至還從朋友那里借來了幾盆含羞草。每次他都能確定葉子的運動在持續的黑暗中并沒有發生改變。這個實驗結果是多么有意思。他放下了本來還想在這個夏天結束之前完成的文稿，開始了 “植物觀察”。如果能看到其他植物是否也是這樣，就更有意思了。顯然決定植物葉子張開閉合的并不是光線——可能是溫度。如果是溫度的話，用取暖爐就能確定。雖然葉子的節律看起來與植物本身的節律有關，與光線無關，但是德梅朗提出了這樣一個問題：如果用人工的光線變化代替自然的晝夜交替，那么葉子的節律變化規律是否仍然不受影響？

理論

德梅朗是發現晝夜明暗節律的第一人。他發表的報告出現在一篇重要的科學論文中，只有350個單詞，7個很長的句子，是當時（也是現在）典型的法國式寫作風格。就是在同一年，法國科學院的成員N．馬錢特發表了一篇報告，含羞草實驗即包含在內。文章最后兩句話表明德梅朗每天的工作不允許他一心撲在不相關的實驗上，但他希望植物學家和物理學家能夠解釋這個實驗的結果，即使他們也有其他的事情。

德梅朗發表的報告經過證明都是真實的，并且他的觀察項目隨后經常成為其他植物學家和動物學家（包括達爾文）的研究對象。直到兩百年后，植物學家、動物學家和生物科學家們才開始用現代的方法研究可能存在的體內時鐘的運行機制。而第一個發現這個現象的法國天文學家德朗梅，卻因為太過繁忙，所以沒能繼續他的實驗。