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第2章 人类对植物的发现(1)

植物世界是一个庞大而复杂的世界,占据了生物圈面积的大部分,目前人们已知的植物约有50多万种。植物的出现距今有25亿年,地球史上最早出现的植物属于菌类和藻类。直到1亿年前被子植物的花开花落,才把地球装点得格外多彩。植物有动物没有的叶绿素和基质,能进行光合作用,植物有细胞核,能将无机物转化为有机物,有些特例不能将无机物转化为有机物,有些没有叶绿素,有别的光合作用元素。不过,简单地说,植物就是能进行光合作用,将无机物转化为有机物的一类自养型生物。

植物与我们的生活息息相关,植物不仅给人类提供了生存必需的氧气,还美化环境、净化空气,并且给人类提供了丰富的食物和不可或缺的能量。了解一些人类对植物的认知与发现的知识,对于我们更好地利用植物,自然是有益的。

植物的发展演化

植物界由于固着生长的特点,使它和自然环境之间有更加密切的联系。经过各国历代科学家的考察与研究,植物的发展阶段大体可以划分为藻菌植物时期、裸蕨植物时期、蕨类植物时期、裸子植物时期、被子植物时期等几个阶段,体现出一个从低级到高级的进化过程。

藻菌植物时期

藻菌植物时期——中志留世以前:太古代、元古代至早古生代地层中的化石证明,植物界是以水生菌藻类为主的,因而为菌藻植物时期。太古代、元古代已有大量的钙质藻类(如蓝绿藻),一直到早古生代均有其代表。澳大利亚志留系中还同时发现石松类最古老的代表,这个事实说明在藻菌植物占优势的时候,储生植物已开始发育了。

裸蕨植物时期

裸蕨植物时期——晚志留世至中泥盆世:早古生代末,加里东运动形成了广泛的海退,陆地扩大,促使那些能适应这种环境变革的植物由水生转为陆生,从而产生了最古老的陆生植物群-——裸蕨植物为主的植物世界。原始节蕨类植物也相继出现,植物界孕育着一次大发展。

蕨类植物时期

蕨类植物时期——晚泥盆世至早二叠世:自泥盆纪后,北半球上气候向着更加温暖潮湿的方向变化,原始的裸蕨植物被淘汰了,比它更优越的石松类,真蕨类代之而起,并急速演化和高度发展,节蕨类也重趋繁盛,因而出现了森林,植物界进入了一次大发展时期。在各种蕨类植物演化的高潮中,又由它们演化出一种新的类群,即裸子植物的古老类型,其中以种子蕨纲和科达树纲的迅速发展最为突出。

裸子植物时期

裸子植物时期——晚二叠世至早白垩世:二叠纪晚期,海西运动使大陆进一步扩大,气候干旱,原来宜于温暖潮湿生活的各种蕨类,除真蕨纲比较能适应这一变化外,其他各纲都极大的衰退了。种子蕨类和科达树类虽然以种子繁殖,但因其他构造仍简单,因而也就大大衰退了,并在三叠纪和侏罗纪时绝灭。这一时期是以裸子植物的苏铁类、银杏类、松柏类为主。这些植物由于三叠纪晚期至侏罗纪时,气候温热潮湿,就得以大量繁殖并形成森林。和历次植物界发展一样,旧的植物在其高度发展的同时,它必定要不断改造自己的生活本领而产生新的类型。被子植物的祖先,终于从裸子植物中脱胎而出。

被子植物时期

被子植物时期——晚白垩世至现代:白垩纪晚期开始的古地理、古气候变迁,再次给植物界以巨大的影响。苏铁纲、银杏纲等不仅数量大减,而且分布区域也不断缩小,已走向衰退和绝灭。松柏类虽然在新生代还有不少属种,分布也还广泛,但据统计比起中生代也大为减少。而被子植物则迅速繁殖起来,成为占优势的植物群,特别是草本类型被子植物的出现和发展,更开始了植物界征服大陆的新途程。

拟态:都是为了生存

生机勃勃的大自然中,充满了生动有趣的自然现象,拟态就是其中最引人注目的奇景之一。说到拟态,人们往往会想到变色龙、竹节虫、枯叶蛾等,其实,在植物王国中也有许多拟态好手,它们依靠这种特殊的本领,在自然界激烈的生存斗争中生存下来。

骗取雄蜂爱情的眉兰

生物学家很早就注意到植物界的拟态现象。18世纪末,德国人施普伦格尔在观察植物时发现,某些兰花虽然自己并不产生花蜜,但却通过把自己装扮成分泌花蜜的植物,得到昆虫的惠顾,达到为其传授花粉的目的。几十年以后,达尔文受施普伦格尔的启示,对植物异花授粉现象进行了大量观察和研究,写出了《兰花的传粉受精》等专著。其中对兰花拟态现象的研究也颇有见地。

如果我们到大自然中去认真观察和探索,就不难发现,作为虫媒传粉的高级类群,兰花确实是植物拟态的佼佼者。

每当春回大地之时,地中海沿岸地区的草池上,眉兰就绽开了花蕾,将一朵朵奇特的小花展现在温暖的阳光下,静静地等待着媒人的到来。说来也真绝,眉兰的花朵看上去颇似一只落在花丛上的雌性黄蜂:圆鼓鼓、毛绒绒的唇瓣上分布着棕色和黄色相间的花纹,好似黄蜂身躯,而伸向两侧的花瓣,则犹如蜂翅。不久,一些先于雌蜂从蛹变为成虫的未经世面的雄蜂,在寻找配偶时便上了眉兰的当,以为它们的花朵是一只在静候佳期的雌蜂,于是就落在花上求爱。结果,自己的对象没有找到,反而充当了眉兰的红娘。在这种花唇瓣上方伸出的花粉块,正好粘在了黄蜂的头上。当这只求偶心切的黄蜂又被另一朵眉兰花欺骗,落在花上企图求爱时,花粉块也被带到了新骗子那里,使兰花完成了异花授粉的过程。

以往,人们仅从外形上观察,认为眉兰是通过对雌蜂形体的模拟,达到授粉目的的。随着生物化学的发展,科学家们对眉兰的拟态有了新的认识,了解到眉兰引诱雄蜂上当的招术中,气味起了很大作用。这类兰花能产生与蜂类性信息素相类似的气味,使雄蜂误认为是雌蜂向它发出的求爱信号。说来也真绝,在地中海附近一共分布着近20种眉兰,它们所模拟的对象也各不相同。不仅有蜂类,甚至还有蝇类。每一种眉兰都有一种特定的媒人传粉,因此异花授粉仅在同种间迸行,保证了物种的相对稳定和繁衍。

在地中海东部耶路撒冷地区潮湿的旷野上,有一种兰花欺骗雄土蜂的手段更绝。它模拟的不是雌蜂本身,而是它们居住的洞穴。雄土蜂糊里糊涂地钻入这种兰花暗紫色唇瓣中后,发现里面并没有雌蜂,仅仅是一个能暂供栖身的住所。于是便索性住上一夜,第二天再钻出去寻找真正的洞穴。当这只雄土蜂再次上当,钻入另一朵兰花唇瓣时,便不自觉地充当了传粉的媒人。

巨魔芋为什么这样臭

与兰花的拟态不同,许多天南星科植物是靠模拟腐烂尸体的臭味来达到传粉目的的。在这一科中,集中了不少著名的臭花如臭菘和许多种魔芋,其中尤以巨魔芋最著名。

巨魔芋生长在苏门答腊的热带丛林中,具有隔年开花的特性。在它开花时,地面上只有一个巨大的花序,一根短粗的花序柄上生长着一个宽大的紫色佛焰苞,抱合在一起就像一口敞口的大尖底锅,又如同一只巨大的漏斗。这口“大锅”高1米多,上口宽也超过了1米;中央立着一根奇形的柱子——肉穗花序,高达2.5米。如此巨大的花序在天南星科中堪称冠军,在植物王国中也很罕见。更令人吃惊的是,当佛焰苞展开,位于花序下部的众多小花开放时,巨魔芋散发出一股极为强烈的以气,好像在其中堆放了大量腐烂的臭鱼或其他动物尸体。有人形容说,如果身体衰弱的人走到近前,就会被这种恶臭熏得昏死过去。当地人送给这种奇臭无比的花一个形象的名字——“死尸花”。

巨魔芋开花时散发出臭肉的气味令人反感,但对它本身的繁衍却大有好处。逐臭而来的是一类巨大的甲虫,它们争先恐后地爬进形如大锅的佛焰苞,在花序下部企图找到美味佳肴——腐肉,结果荤食没有吃上,身上却粘了不少花粉。当这些甲虫再次上当爬进另一口“大锅”中后,便不自觉地当了巨魔芋传粉的媒人。

在非洲,萝摩科的豹皮花也是一类十分奇特的臭花。它们的花朵很大,直径可达三四十厘米,而且肉乎乎的,颜色也呈肉红色,上面还生有许多纤毛,看上去就有几分像腐肉的这类花臭味十足,因此引来了臭味相投的苍蝇。它们在花上爬来爬去,白白地为豹皮花传粉。

能开花的“石头”

在植物王国中,除了为种群繁衍而表现的拟态外,最常见的就是自卫拟态。

在非洲南部及西南部干旱的荒漠上,生长着一类极为奇特的拟态植物——生石花。它们在不开花的时候,简直就像一块块、一堆堆半埋在土里的碎石块或卵石。这些“小石块”,有的灰绿色,有的灰棕色,还有的棕黄色;顶部或平坦,或圆滑;有的上面镶嵌着一道深色的花纹,如同一块块美丽的雨花石,有的周身布满了深点,犹如花岗岩的碎块。它们伪装得维妙维肖,甚至使一些不知底细的旅行者真假不分,直到想拣上几块“卵石”留作纪念时,才知上当。其实这些“小石块”就是生石花多肉的叶子。

每年6~12月份,正值南半球的冬春季节,也是生石花类植物生命交响乐中最动人的乐章。每天中午,都有鲜艳、美丽的花朵从“石块”的缝隙中绽开,有黄色的,白色的,还有玫瑰红色的。如果赶上盛花时节,一片片的生石花覆盖了荒漠,远远望去好似在大地上铺了一条巨大的提花地毯。但当干旱的夏季来临后,荒漠上又遍地“碎石”,一派凄凉。

据植物学家调查,世界上这类貌似小石块的植物有100多种,都属于番杏科,而且只生长在非洲大陆的南部,颇为珍贵。它们虽然都十分弱小,而且充满了汁液,却因为成功地模拟了石块的形态,骗过了强大的敌人——食草动物,保护了自己的生命。

无独有偶,在植物生长茂盛的森林中,也有一些靠拟态方式保护自己的弱小植物。但它们模拟的却不是石块,而是光斑。

人们很早就注意到了,在森林的下层植物中,可以见到一些叶片上分布有花斑的植物。不久前科学家对这种现象进行了研究,认为这些花叶植物就像是身穿迷彩服的士兵,能更好地隐蔽自己不易被敌人发现。因为在森林中的食草兽类眼里,叶片上的斑点与透过林冠叶片洒在林下的光斑极为相似。

在自然界中,也有一些植物为了保护自己,采取了更主动的拟态策略。它们不是靠消极的隐蔽,而是模拟具有“防护武器的其他植物,令敌人不敢接近。例如一种被称为死芬麻的植物,茎、叶等形态上与螫人的植物荨麻极为相似,虽然它本身并不具有能释放毒液的螯毛,但同样使取食者望而生畏。

让拟态为人类服务

物竞天择,适者生存。拟态现象在自然界中广泛存在,对于特种的生存和繁衍具有重要作用。但目前人类对这种现象的认识还很有限。在进一步探索植物拟态的奥秘,科学家们也意识到利用这种现象为人类造福的深远意义。

例如,目前人类栽培的许多植物,都有赖于昆虫有效的异花授粉作用。许多植物为了争取昆虫“媒人”的光顾,往往要产生太量花蜜作为“回报”。最近,科学家的研究表明,花蜜的产生过程要消耗植物体内大量的能量和物质,因此过多产生花蜜必然会降低作物的产量。那么如何解决这一矛盾呢?自然界中许多不产生花蜜的植物,依靠模拟花蜜丰富种类的外形,或摸拟产生昆虫性信息素的拟态过程,都是极好的启示。在生物工程飞速发展的今天,培育出不产花蜜的虫媒作物,并非幻想。

另外,植物防御敌人的拟态,也为我们培育出更多有效抵抗病虫害的作物新品种,指出了方向。

植物的神经系统

植物是有神经的生命,因此,它们有某种神经系统可能藏在它的奇异的螺旋形纤维中。植物神经之所以看不见,只是由于人类忽视而不是由于植物的天生的缺陷。花从内部发出声音,从内部发出香味,正如同人在黑暗里可以从声音中听出是谁,花在黑暗中也可以从香味中彼此辨认。它们都具有一切物体的原本的灵魂。

费希纳创立“心理物理学”

莱比锡大学医学博士兼物理学教授古斯塔夫·西奥多·费希纳,由于对测量电流和颜色的感知等课题写出了40多篇论文而享有盛誉。他以一种人们难以意料的机遇获得对植物的深刻的认识。1839年,他开始凝视太阳,希望发现图像的本质。那些奇特的图像,在正常的视觉中止之后,似乎长期留在他的视网膜上。几天后费希纳恐惧地发现,他将成为盲人。他因过度工作而精疲力竭,同时,不能面对朋友和同事已成为他新的苦恼。他戴上脸罩隐居于暗室里,生活在孤独中,希望恢复视力。三年后一个春天的早上。他意识到他的视力已恢复,便走进白日的光明中。他愉快地沿着马尔德河走着,立即看出了河岸旁他称之为花朵和树木的“灵魂”的东西。“当我站在河边,注视着花时,我看见了它的灵魂在花中升起,在花中飘荡,它越来越清楚,直到精神的形态清晰地浮悬在花上。也许它想站立在花房之顶以获得更充足的阳光。它相信不会为人所见,当一个小孩出现时,它大为惊讶。”由此,1848年他在莱比锡出版了《植物的活的灵魂》一书。他认为,植物是有神经的生命,因此,它们似有某种神经系统可能藏在它的奇异的螺旋形纤维中。他还认为,我们完全有理由同意这样一种看法,即植物有神经,它们之所以看不见,只是由于人类忽视而不是由于植物的天生的缺陷。

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