第2章 人類對植物的發現(1)
- 一本書讀完發現自然的歷史(哈佛歷史叢書)
- 崔佳編著
- 4952字
- 2016-11-17 21:44:02
植物世界是一個龐大而復雜的世界,占據了生物圈面積的大部分,目前人們已知的植物約有50多萬種。植物的出現距今有25億年,地球史上最早出現的植物屬于菌類和藻類。直到1億年前被子植物的花開花落,才把地球裝點得格外多彩。植物有動物沒有的葉綠素和基質,能進行光合作用,植物有細胞核,能將無機物轉化為有機物,有些特例不能將無機物轉化為有機物,有些沒有葉綠素,有別的光合作用元素。不過,簡單地說,植物就是能進行光合作用,將無機物轉化為有機物的一類自養型生物。
植物與我們的生活息息相關,植物不僅給人類提供了生存必需的氧氣,還美化環境、凈化空氣,并且給人類提供了豐富的食物和不可或缺的能量。了解一些人類對植物的認知與發現的知識,對于我們更好地利用植物,自然是有益的。
植物的發展演化
植物界由于固著生長的特點,使它和自然環境之間有更加密切的聯系。經過各國歷代科學家的考察與研究,植物的發展階段大體可以劃分為藻菌植物時期、裸蕨植物時期、蕨類植物時期、裸子植物時期、被子植物時期等幾個階段,體現出一個從低級到高級的進化過程。
藻菌植物時期
藻菌植物時期——中志留世以前:太古代、元古代至早古生代地層中的化石證明,植物界是以水生菌藻類為主的,因而為菌藻植物時期。太古代、元古代已有大量的鈣質藻類(如藍綠藻),一直到早古生代均有其代表。澳大利亞志留系中還同時發現石松類最古老的代表,這個事實說明在藻菌植物占優勢的時候,儲生植物已開始發育了。
裸蕨植物時期
裸蕨植物時期——晚志留世至中泥盆世:早古生代末,加里東運動形成了廣泛的海退,陸地擴大,促使那些能適應這種環境變革的植物由水生轉為陸生,從而產生了最古老的陸生植物群-——裸蕨植物為主的植物世界。原始節蕨類植物也相繼出現,植物界孕育著一次大發展。
蕨類植物時期
蕨類植物時期——晚泥盆世至早二疊世:自泥盆紀后,北半球上氣候向著更加溫暖潮濕的方向變化,原始的裸蕨植物被淘汰了,比它更優越的石松類,真蕨類代之而起,并急速演化和高度發展,節蕨類也重趨繁盛,因而出現了森林,植物界進入了一次大發展時期。在各種蕨類植物演化的高潮中,又由它們演化出一種新的類群,即裸子植物的古老類型,其中以種子蕨綱和科達樹綱的迅速發展最為突出。
裸子植物時期
裸子植物時期——晚二疊世至早白堊世:二疊紀晚期,海西運動使大陸進一步擴大,氣候干旱,原來宜于溫暖潮濕生活的各種蕨類,除真蕨綱比較能適應這一變化外,其他各綱都極大的衰退了。種子蕨類和科達樹類雖然以種子繁殖,但因其他構造仍簡單,因而也就大大衰退了,并在三疊紀和侏羅紀時絕滅。這一時期是以裸子植物的蘇鐵類、銀杏類、松柏類為主。這些植物由于三疊紀晚期至侏羅紀時,氣候溫熱潮濕,就得以大量繁殖并形成森林。和歷次植物界發展一樣,舊的植物在其高度發展的同時,它必定要不斷改造自己的生活本領而產生新的類型。被子植物的祖先,終于從裸子植物中脫胎而出。
被子植物時期
被子植物時期——晚白堊世至現代:白堊紀晚期開始的古地理、古氣候變遷,再次給植物界以巨大的影響。蘇鐵綱、銀杏綱等不僅數量大減,而且分布區域也不斷縮小,已走向衰退和絕滅。松柏類雖然在新生代還有不少屬種,分布也還廣泛,但據統計比起中生代也大為減少。而被子植物則迅速繁殖起來,成為占優勢的植物群,特別是草本類型被子植物的出現和發展,更開始了植物界征服大陸的新途程。
擬態:都是為了生存
生機勃勃的大自然中,充滿了生動有趣的自然現象,擬態就是其中最引人注目的奇景之一。說到擬態,人們往往會想到變色龍、竹節蟲、枯葉蛾等,其實,在植物王國中也有許多擬態好手,它們依靠這種特殊的本領,在自然界激烈的生存斗爭中生存下來。
騙取雄蜂愛情的眉蘭
生物學家很早就注意到植物界的擬態現象。18世紀末,德國人施普倫格爾在觀察植物時發現,某些蘭花雖然自己并不產生花蜜,但卻通過把自己裝扮成分泌花蜜的植物,得到昆蟲的惠顧,達到為其傳授花粉的目的。幾十年以后,達爾文受施普倫格爾的啟示,對植物異花授粉現象進行了大量觀察和研究,寫出了《蘭花的傳粉受精》等專著。其中對蘭花擬態現象的研究也頗有見地。
如果我們到大自然中去認真觀察和探索,就不難發現,作為蟲媒傳粉的高級類群,蘭花確實是植物擬態的佼佼者。
每當春回大地之時,地中海沿岸地區的草池上,眉蘭就綻開了花蕾,將一朵朵奇特的小花展現在溫暖的陽光下,靜靜地等待著媒人的到來。說來也真絕,眉蘭的花朵看上去頗似一只落在花叢上的雌性黃蜂:圓鼓鼓、毛絨絨的唇瓣上分布著棕色和黃色相間的花紋,好似黃蜂身軀,而伸向兩側的花瓣,則猶如蜂翅。不久,一些先于雌蜂從蛹變為成蟲的未經世面的雄蜂,在尋找配偶時便上了眉蘭的當,以為它們的花朵是一只在靜候佳期的雌蜂,于是就落在花上求愛。結果,自己的對象沒有找到,反而充當了眉蘭的紅娘。在這種花唇瓣上方伸出的花粉塊,正好粘在了黃蜂的頭上。當這只求偶心切的黃蜂又被另一朵眉蘭花欺騙,落在花上企圖求愛時,花粉塊也被帶到了新騙子那里,使蘭花完成了異花授粉的過程。
以往,人們僅從外形上觀察,認為眉蘭是通過對雌蜂形體的模擬,達到授粉目的的。隨著生物化學的發展,科學家們對眉蘭的擬態有了新的認識,了解到眉蘭引誘雄蜂上當的招術中,氣味起了很大作用。這類蘭花能產生與蜂類性信息素相類似的氣味,使雄蜂誤認為是雌蜂向它發出的求愛信號。說來也真絕,在地中海附近一共分布著近20種眉蘭,它們所模擬的對象也各不相同。不僅有蜂類,甚至還有蠅類。每一種眉蘭都有一種特定的媒人傳粉,因此異花授粉僅在同種間迸行,保證了物種的相對穩定和繁衍。
在地中海東部耶路撒冷地區潮濕的曠野上,有一種蘭花欺騙雄土蜂的手段更絕。它模擬的不是雌蜂本身,而是它們居住的洞穴。雄土蜂糊里糊涂地鉆入這種蘭花暗紫色唇瓣中后,發現里面并沒有雌蜂,僅僅是一個能暫供棲身的住所。于是便索性住上一夜,第二天再鉆出去尋找真正的洞穴。當這只雄土蜂再次上當,鉆入另一朵蘭花唇瓣時,便不自覺地充當了傳粉的媒人。
巨魔芋為什么這樣臭
與蘭花的擬態不同,許多天南星科植物是靠模擬腐爛尸體的臭味來達到傳粉目的的。在這一科中,集中了不少著名的臭花如臭菘和許多種魔芋,其中尤以巨魔芋最著名。
巨魔芋生長在蘇門答臘的熱帶叢林中,具有隔年開花的特性。在它開花時,地面上只有一個巨大的花序,一根短粗的花序柄上生長著一個寬大的紫色佛焰苞,抱合在一起就像一口敞口的大尖底鍋,又如同一只巨大的漏斗。這口“大鍋”高1米多,上口寬也超過了1米;中央立著一根奇形的柱子——肉穗花序,高達2.5米。如此巨大的花序在天南星科中堪稱冠軍,在植物王國中也很罕見。更令人吃驚的是,當佛焰苞展開,位于花序下部的眾多小花開放時,巨魔芋散發出一股極為強烈的以氣,好像在其中堆放了大量腐爛的臭魚或其他動物尸體。有人形容說,如果身體衰弱的人走到近前,就會被這種惡臭熏得昏死過去。當地人送給這種奇臭無比的花一個形象的名字——“死尸花”。
巨魔芋開花時散發出臭肉的氣味令人反感,但對它本身的繁衍卻大有好處。逐臭而來的是一類巨大的甲蟲,它們爭先恐后地爬進形如大鍋的佛焰苞,在花序下部企圖找到美味佳肴——腐肉,結果葷食沒有吃上,身上卻粘了不少花粉。當這些甲蟲再次上當爬進另一口“大鍋”中后,便不自覺地當了巨魔芋傳粉的媒人。
在非洲,蘿摩科的豹皮花也是一類十分奇特的臭花。它們的花朵很大,直徑可達三四十厘米,而且肉乎乎的,顏色也呈肉紅色,上面還生有許多纖毛,看上去就有幾分像腐肉的這類花臭味十足,因此引來了臭味相投的蒼蠅。它們在花上爬來爬去,白白地為豹皮花傳粉。
能開花的“石頭”
在植物王國中,除了為種群繁衍而表現的擬態外,最常見的就是自衛擬態。
在非洲南部及西南部干旱的荒漠上,生長著一類極為奇特的擬態植物——生石花。它們在不開花的時候,簡直就像一塊塊、一堆堆半埋在土里的碎石塊或卵石。這些“小石塊”,有的灰綠色,有的灰棕色,還有的棕黃色;頂部或平坦,或圓滑;有的上面鑲嵌著一道深色的花紋,如同一塊塊美麗的雨花石,有的周身布滿了深點,猶如花崗巖的碎塊。它們偽裝得維妙維肖,甚至使一些不知底細的旅行者真假不分,直到想揀上幾塊“卵石”留作紀念時,才知上當。其實這些“小石塊”就是生石花多肉的葉子。
每年6~12月份,正值南半球的冬春季節,也是生石花類植物生命交響樂中最動人的樂章。每天中午,都有鮮艷、美麗的花朵從“石塊”的縫隙中綻開,有黃色的,白色的,還有玫瑰紅色的。如果趕上盛花時節,一片片的生石花覆蓋了荒漠,遠遠望去好似在大地上鋪了一條巨大的提花地毯。但當干旱的夏季來臨后,荒漠上又遍地“碎石”,一派凄涼。
據植物學家調查,世界上這類貌似小石塊的植物有100多種,都屬于番杏科,而且只生長在非洲大陸的南部,頗為珍貴。它們雖然都十分弱小,而且充滿了汁液,卻因為成功地模擬了石塊的形態,騙過了強大的敵人——食草動物,保護了自己的生命。
無獨有偶,在植物生長茂盛的森林中,也有一些靠擬態方式保護自己的弱小植物。但它們模擬的卻不是石塊,而是光斑。
人們很早就注意到了,在森林的下層植物中,可以見到一些葉片上分布有花斑的植物。不久前科學家對這種現象進行了研究,認為這些花葉植物就像是身穿迷彩服的士兵,能更好地隱蔽自己不易被敵人發現。因為在森林中的食草獸類眼里,葉片上的斑點與透過林冠葉片灑在林下的光斑極為相似。
在自然界中,也有一些植物為了保護自己,采取了更主動的擬態策略。它們不是靠消極的隱蔽,而是模擬具有“防護武器的其他植物,令敵人不敢接近。例如一種被稱為死芬麻的植物,莖、葉等形態上與螫人的植物蕁麻極為相似,雖然它本身并不具有能釋放毒液的螯毛,但同樣使取食者望而生畏。
讓擬態為人類服務
物競天擇,適者生存。擬態現象在自然界中廣泛存在,對于特種的生存和繁衍具有重要作用。但目前人類對這種現象的認識還很有限。在進一步探索植物擬態的奧秘,科學家們也意識到利用這種現象為人類造福的深遠意義。
例如,目前人類栽培的許多植物,都有賴于昆蟲有效的異花授粉作用。許多植物為了爭取昆蟲“媒人”的光顧,往往要產生太量花蜜作為“回報”。最近,科學家的研究表明,花蜜的產生過程要消耗植物體內大量的能量和物質,因此過多產生花蜜必然會降低作物的產量。那么如何解決這一矛盾呢?自然界中許多不產生花蜜的植物,依靠模擬花蜜豐富種類的外形,或摸擬產生昆蟲性信息素的擬態過程,都是極好的啟示。在生物工程飛速發展的今天,培育出不產花蜜的蟲媒作物,并非幻想。
另外,植物防御敵人的擬態,也為我們培育出更多有效抵抗病蟲害的作物新品種,指出了方向。
植物的神經系統
植物是有神經的生命,因此,它們有某種神經系統可能藏在它的奇異的螺旋形纖維中。植物神經之所以看不見,只是由于人類忽視而不是由于植物的天生的缺陷。花從內部發出聲音,從內部發出香味,正如同人在黑暗里可以從聲音中聽出是誰,花在黑暗中也可以從香味中彼此辨認。它們都具有一切物體的原本的靈魂。
費希納創立“心理物理學”
萊比錫大學醫學博士兼物理學教授古斯塔夫·西奧多·費希納,由于對測量電流和顏色的感知等課題寫出了40多篇論文而享有盛譽。他以一種人們難以意料的機遇獲得對植物的深刻的認識。1839年,他開始凝視太陽,希望發現圖像的本質。那些奇特的圖像,在正常的視覺中止之后,似乎長期留在他的視網膜上。幾天后費希納恐懼地發現,他將成為盲人。他因過度工作而精疲力竭,同時,不能面對朋友和同事已成為他新的苦惱。他戴上臉罩隱居于暗室里,生活在孤獨中,希望恢復視力。三年后一個春天的早上。他意識到他的視力已恢復,便走進白日的光明中。他愉快地沿著馬爾德河走著,立即看出了河岸旁他稱之為花朵和樹木的“靈魂”的東西。“當我站在河邊,注視著花時,我看見了它的靈魂在花中升起,在花中飄蕩,它越來越清楚,直到精神的形態清晰地浮懸在花上。也許它想站立在花房之頂以獲得更充足的陽光。它相信不會為人所見,當一個小孩出現時,它大為驚訝。”由此,1848年他在萊比錫出版了《植物的活的靈魂》一書。他認為,植物是有神經的生命,因此,它們似有某種神經系統可能藏在它的奇異的螺旋形纖維中。他還認為,我們完全有理由同意這樣一種看法,即植物有神經,它們之所以看不見,只是由于人類忽視而不是由于植物的天生的缺陷。