《植物知道生命的答案》 (2020-10-02 17:52:38 )

以科学的方式讨论问题:
植物有没有“感觉”,例如视觉、知觉、嗅觉、味觉……首先要对“感觉”有个明确的定义。
实证。伪科学追求证实,而科学追求证伪。
植物的“视觉”:
光周期现象。很多植物就像马里兰猛犸一样,只在日照较短的时候开花。这些植物叫作“短日照”植物。菊花和大豆就属于短日照植物。有些植物的开花则需要长日照,如鸢尾和大麦就是如此,这些植物叫作“长日照”植物。
植物能够区分颜色:它们靠蓝光知道向哪个方向弯曲,却靠红光测量夜晚的长度。
从一个更哲学化的层次来说,植物能记住它看到的最后一种颜色。光敏色素就是一个光激活的开关。红光使光敏色素活化,转化为能够接收远红光的形态。远红光使光敏色素失活,转化为能够接收红光的形态。照亮任何一片叶子都足以调控整株植物的开花时间。
人眼睛中有4种不同类型的光受体:感知明暗的视紫红质,感知红、蓝和绿光的3种光视蛋白。还有第五种光受体,叫做隐花色素,作用是调节生物钟。
单细胞生物中就已经演化出了昼夜节律钟。这种原始的昼夜节律钟的功能很可能是为了保护细胞免受高强度紫外线辐射的伤害。
昼夜节律钟和昼夜信号不再同步,这个现象就是时差反应。
在感知水平上,植物的视觉要比人类视觉复杂得多。植物和人类一样有视觉。动物和植物都含有叫作隐花色素的蓝光受体。
植物的“嗅觉”:
动物的嗅觉机制:一种特定的化学物质只能和一种对应的受体结合,一旦发生这样的结合,这些化学物质就会引发一连串的信号,最后引发脑中的神经放电,使我们知道嗅觉感受器受到了刺激。
乙烯:用来使果实成熟的通用植物激素。生理机制是促使果实同时成熟,加强对播种动物的吸引力。
水杨酸:是加强植物免疫系统的防御激素。植物可以将可溶于水的水杨酸转化为挥发性的水杨酸甲酯。植物“尝到”水杨酸,“闻到”水杨酸甲酯。
外激素:由一个个体触发,触发另一个个体的社会性反应。如动物的社会支配、性接受性、恐惧等。
植物的“味觉”:
动物的味觉与嗅觉非常相似:我们闻到的是挥发性的化学物质,尝到的则是可溶的化学物质。
一些关键化学物质:每一个绿色的叶绿素分子中央都含有镁,好比动物血液中红细胞里的每个血红蛋白分子中央都含有铁。锰离子则在光合作用的一个叫“水裂解”的关键过程中不可或缺。
“分根”实验:根际正相互作用。通过根部传播干旱、开花时间等信息。
植物的“触觉”:
木豚草可以区分自我和非我:如果一棵木豚草的根碰到了邻近的另一棵木豚草的根,它们就停止生长。如果同一棵植物自己的根彼此相遇,它们并不会停止伸长。
含羞草的电运动:正常情况下,原生质体含有很多水分,对周围的细胞壁产生很强的压力,这使植物细胞紧实而硬挺,可以承受重量。但如果植物失水,细胞壁上就几乎没有压力了,植物就萎蔫下来。
起负面作用的触碰:在植物生理中,由触碰引发的生长迟滞是一个普遍现象。接触形态建成”(thigmomorphogenesis)来描述机械刺激对植物生长的普遍效应。作为对触碰的反应,这种迟滞生长具有演化适应性,增加了植物在常常甚为剧烈的多重环境扰动中存活下来的概率。
触觉的作用机制之一:只要触碰拟南芥的叶子,就能使其基因结构迅速发生变化。不同类型的细胞含有不同蛋白质的原因在于,每种类型的细胞中的活动基因不同——或者更准确地说,所转录的基因不同
触觉的作用机制之二:电信号。尽管在生物体层次上,植物和动物对触碰和其他物理刺激的反应方式不同,但在细胞层次上,引发的信号却高度相同。植物细胞受到的机械刺激,正如神经细胞受到的机械刺激一样,能引发细胞内外离子条件的改变,从而引发电信号。这信号可以在细胞间传递,并在包括钾和钙在内的离子通道、钙调蛋白及其他植物组分的协调活动中发挥作用,这也和动物极为相似。植物会使用长距离的电信号作为对受伤的反应。
植物的“听觉”:
拟南芥基因组之所以含有BRCA, CFTR和几百个其他与人类疾病或机能缺陷有关的基因,是因为它们是基本的细胞生理所必需的。早在15亿年前,在作为植物和动物的共同演化祖先的单细胞生物身上,这些基因就已经演化出来了。在植物和人类中都存在的肌球蛋白基因和其他基因在细胞层次上具有相似的功能。但如果把所有细胞装配在一起,对某一特定的生物体来说,功能就不同了。
“若无演化之光,生物学的一切都无意义。”如果科学家想要研究植物对声波的反应,那么他们需要考虑,能够让植物听到并产生演化优势的那些与生理相关的声音究竟是什么。根可以通过聆听水流来搜寻新的水源;暴露在传粉者的声音之下的植株分泌的花蜜比那些始终处在安静环境中的植株的花蜜含有更多糖分。
植物的“本体觉”:
第六感不是什么超感官知觉,而是本体觉。本体觉使我们不用看也能知道身体不同部位彼此间的相对位置。我们其他的感觉都是对外的,接收外来的光、气味和声音等信号,但本体觉却为我们提供完全来自躯体内部状态的信息。
人体:内耳中3个半规管彼此互相垂直,形成了类似回转仪的结构。耳石是一些小的结晶石粒,会因为重力的作用而向下沉落,在前庭的感觉毛上施加额外的压力(由此形成刺激)。本体觉感受器则向脑报告肢体的位置。这些神经和感知压力或疼痛的触觉神经不同,它们位于躯体深处的肌肉、韧带和肌腱中。
植物也能分辨上下:植物的重力感受器却分布在根尖和茎的很多部位。茎尖能看到光,把信息传给其中段,令中段向着光弯曲;根尖能感到重力,尽管弯曲是发生在根尖以上很远的地方。
根最末端的细胞(位于叫作根冠的区域中)能感知重力,能让植物知道哪儿是下。根冠中央区域的细胞内含有叫作平衡石(英文为statolith,由古希腊语“固定不动之石”一词派生而来)的致密球状结构。植物地上部分中唯一含有平衡石的组织就是内皮层。
生长素的功能之一是让细胞增加其长度。光引发生长素积聚在阴暗的一侧,导致茎只有其暗侧伸长,于是茎就向光弯曲。重力使生长素出现在根的“上侧”和茎叶的“下侧”,这分别导致根的向下生长和茎叶的向上生长。
跳舞的植物:达尔文发现,所有植物都在做重复性的螺旋状摇摆运动,他将这一运动命名为“回旋转头运动”。回旋转头运动的确是植物的内秉行为,只是这种行动需要在重力条件下才能得到最充分的表现。
有平衡感的植物:就像牛顿物理学一样,植株任何部位的位置都可以描述为作用在植株之上的几个力的矢量和,同时告诉了植物它在何处,以及要向何处生长。
植物的“记忆”:
人类记忆包含三个层次。最低层次是程序记忆,是对如何做出身体动作的非言语性记忆,它依赖于感知外部刺激的能力(比如你跳进池子之后就想起来如何游泳)。第二个层次是语义记忆,是对概念的记忆(比如我们在学校里学习的大多数课程)。第三个层次则是情景记忆,这是对过去所经历事件的记忆,比如在童年时代的万圣节舞会上看到的滑稽服装,或是亲爱的宠物去世时我们感受到的失落。情景记忆依赖于个体的“自我意识”。
捕蝇草的短时记忆:触碰捕蝇草的一根触发毛会引发一个动作电位,它可诱导捕虫器上的钙通道开启;捕虫器的闭合需要相对较高的钙浓度,但只有一根触发毛被触碰引起的动作电位还不足使钙浓度达到这个水平。对触发毛的第一次接触激活了一个电位,并在细胞间扩散。这些电荷以离子浓度增加的方式储存了短暂的一段时间,直到大约20秒之后散失。
对创伤的长时记忆:即形态建成记忆,可能与激素有关。侧芽遭到顶芽压制的这一现象叫作顶端优势。
“春化”,任何冷处理的通用术语,不管这处理是自然的还是人工的。生态学意义:它保证在冬季的寒冷过去后,植物可以在春季或夏季,而不是一年里光照和温度也可以支持植物生长的其他时候发芽或开花。
休眠形式的FLC会阻止开花,除非植株经历了春化阶段。表观遗传不需要改变DNA编码也能改变基因的活性(区别于突变,DNA编码的改变),而且这些基因活性的改变同样可以从亲代遗传给子代。通常表观遗传是通过改变DNA的结构发挥作用的。染色体的成分绝不仅仅是这些核苷酸链。DNA的双螺旋外面包裹着叫作组蛋白的蛋白质,二者共同构成所谓的染色质。冷处理可以触发FLC基因周围的组蛋白结构发生改变(这是一个叫作甲基化的过程),这使染色质能压缩得更坚实。这样就关闭了FLC基因,植物就能够开花了。
表观遗传变化属于基因周围组蛋白发生变化的类型,它不仅能让记忆在一个生物体内从一个季节传到另一个季节,还能从一代传给另一代 。
植物的“智力”:
程序记忆与失知意识相关,语义记忆与理智意识相关,而情景记忆与自知意识相关。以程序记忆为特征的最低层次的意识——失知意识——是生物体感知外部和内部刺激并做出反应的能力,所有植物和简单的动物都具备这种能力。

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评论与留言(20201002.《植物知道生命的答案》)
[沙发] 小白免[RE]
安徽(120.209.214.88)
2020-10-20 11:10:16
你真是精力过剩啊!

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