頂天植物的成長史

史 軍 發表於 2014-10-17 17:38

　　世界上的所有樹都有一個愛好，那就是努力向著太陽生長，在不斷向上生長中展現了勃勃生機，於是，我們把玉樹臨風這樣的詞語都貼在了自己身上，也就是想借了樹木們的幾分精氣神吧。

　　不過，世界上的樹千姿百態，有的像白楊樹一樣挺拔，有的像龍爪槐一樣蒼虯，有的像垂柳一樣飄逸，有的像油松一樣堅韌。它們的的枝條也是或彎或直，或纖柔或堅硬，究竟是什麼原因給了樹木不同的造型，真的有一個神秘的園丁在打理這個世界的植物造型嗎？一切為了光

　　除了少數的像重寄生這樣的寄生植物，以及像天麻這樣的附生植物，絕大多數植物都對陽光充滿了嚮往。沒辦法，陽光可是事關填飽它們肚皮的大事兒，一點都馬虎不得。雖說，太陽光每時每刻都在為地球提供光能和熱能，但是要想從中分一杯羹卻絕非易事。可能有同學會說，太陽光到處都是，哪有那麼困難啊。

　　如果你還體會不到這種競爭的殘酷，一定要去雨林中感受一下光的珍貴。走進濃密的原始雨林，你的第一感覺絕對不是生機盎然，迎接你的是黑暗，一種近乎無邊的黑暗，彷彿突然被扔進了一間只有門縫透光的黑屋子。在這樣的森林裡，我們甚至要把葉子湊近鼻尖，才能看見它們的真容。西雙版納雨林樹冠層的輻射量為158.92瓦/平方米，而地面上的輻射只有12瓦/平方米。在這樣陰暗的地面，只有苔蘚和部分蕨類能夠好好生長，所以，在原始森林中看到遍地鮮花，完全就是臆想了。為了獲得更多的陽光，植物們只有向上長高拼個頭了。柚木可以達到40米，望天樹的可以達到60米，而生活在北美太平洋沿岸的巨杉樹可以輕鬆達到80米。這就是競爭光的世界。所以，森林中大樹都在筆直地向上生長。

　　

　　如果光照充足，大樹們就是另一個模樣了。在非洲草原上，大樹高不過10米，很少有大樹憨憨地直衝雲霄，而是像一把把張開的大傘，儘可能地吸收太陽的光芒。因為在這裡，樹木之間很少出現摩肩接踵的情況，只要長得比草高，就可以享受陽光了。

　　問題是，大樹們是如何知道該向上生長，又是如何知道該撐開樹冠大傘的呢？

　　控制生長的激素

　　對光的嚮往，讓植物有了對光的敏感。這麼說似乎不大對，準確的說法是，那些對光照不敏感的植物全都死掉了。在這裡不得不提到一些經典的實驗，早在1881年，達爾文就研究過植物為何向光生長，植物幼芽不出意外地彎向了光源。1928年，荷蘭植物學家溫特（Frits Warmolt Went）把一盆燕麥苗關在小黑屋裡，經過一段時間之後，在一側用特殊的光照射它們，結果這些燕麥苗向著光彎曲了，通過分析發現，向光一側的生長素減少了，而背光一側的生長素增多了，所以背光方向的細胞分裂地更快，於是燕麥芽就彎向了光照方向。

　　實際上，生長素在很大程度上決定了植物生長方向。不光是光照的方向，同時還有莖桿指向天空的方向。有一種學說認為，當植物處於重力環境下時，其中的帶電物質會因為重力而分佈，它們的不同部位會產生電勢差。在這種電的吸引下，生長素也會集中在靠近地面的部位，這樣以來，向地一側的細胞就會比背地一側的細胞分裂迅速。你可以想象，不斷地再路基底部墊土，最終的結果你就是形成了沖向天空的小土包。結果，就是莖桿努力地離開地面，向著天空生長了。

　　不過，植物的感受系統似乎並不這麼簡單。

　　細胞中的平衡石

　　我們在建築工地上經常會用到一種工具，把一根繩子系在鉛墜上，然後拎起繩子讓鉛墜自然下垂，就能知道牆體是不是跟地面垂直了。這就是一個簡單的測量重力方向的工具。其實，植物體內也有類似的「鉛墜」。

　　雖然植物細胞中裝不下大鉛墜，但是植物細胞中確實有很多可以感受到地球引力的「重物」——澱粉粒就是其中之一。在植物細胞中，絕大部分空間被細胞質和液泡（細胞液）佔據著，這些結構的含水量極高，密度自然也不高。相比之下，其中的澱粉顆粒就重多了。雖然葡萄糖才是生命的通用能源，但是一般來說，植物細胞中都會以澱粉的形式為自己儲存一些養料，就像我們人體會貯藏糖原和脂肪一樣。當光合作用供給不足的時候，植物才會開始吃老本，消耗澱粉儲備。於是，這些積累下來的澱粉粒就會慢慢積累起來，並沉積到細胞的下部。植物細胞膜和會感受到澱粉粒的壓力，細胞膜上的鈣離子通道被打開。在經過一系列複雜的「細胞通訊」之後，鈣的信號變成了生長素的運輸，那些源源不斷運進細胞的生長素促進了細胞的生長。於是，植物就能辨別出重力的方向，向上生長了。

　　但是，植物細胞並不像動物細胞那樣是一團團軟軟的細胞膜和原生質體，它們都有堅挺的細胞壁，這些細胞壁究竟那兒該厚，哪兒該薄，就不是簡單的澱粉顆粒可以控制的了了。

　　纖細的感受骨架

　　實際上，細胞中的澱粉粒「鉛墜」真的是綁在一些絲線上的，這些神秘的絲線就細胞中的微絲和微管結構。雖然，看起來細胞就是一個大口袋，裡面混裝了很多細胞質，細胞液和細胞器，但是，它們的分佈真的是有規則的。試想那些產生能量線粒體和產生蛋白質的內質網成天跑來跑去，亂成一鍋粥，勢必降低工作效率，可不是什麼好事兒。所以這些細胞器是被一些叫微絲和微管的結構固定在一定的位置上。附帶說一下，很多微管還承擔著細胞內物質運輸高速公路的重任，特殊的運輸蛋白質扛著裝載了胰島素，氨基酸之類物質的囊泡在這些高速公路上飛馳。

　　我們回過頭來看，除了細胞器，有有很多澱粉粒也被捆綁在這些細胞骨架之上，於是整個細胞都能感受重力的影響，從而讓細胞把纖維素裝到合適的位置上去。而在失重試驗中，科學家發現纖維素的裝配和排列方式完全混亂了，細胞壁的厚度和延展性都會收到影響。在這個過程中，微管組成的細胞骨架可能發揮了很重要的作用。

　　雖然對重力的感受決定了所有樹木向太陽，但是究竟是不是撐開樹冠，如何撐開樹冠還是問題。

　　為什麼不分叉

　　仔細觀察一下身邊的大樹，就會發現它們分叉的方式還真是不一樣。

　　像白楊樹和雪松這樣的大樹會一直向上生長，旁邊的枝枝杈杈似乎都裝飾物，根本會不會影響主幹直衝雲霄。這種有一條主幹，然後在主幹上次序分枝的方式叫單軸分枝。一般來說，那些巨型樹木都遵循這種分枝方式，像巨杉，銀杏，山毛櫸皆是如此。

　　而像蘋果，桃子，櫻桃樹這樣的樹木，它們主軸就不給力了。在生長到一定程度的時候，頂芽生長就會停止，在其下方的一個側芽會取代頂芽的地位，繼續生長，過段時間之後又會被新的側芽所替代。於是，長成了一個樹冠龐大，但是個頭比較低矮的樹了。

　　之所以有這樣不同分枝方式，主要是由頂芽分泌的生長素和根部分佈的細胞分裂素決定的。也許有同學會問，生長素不是可以促進植物的生長嗎？情況沒有這麼簡單，當生長素濃度過高時，反而會抑制植物的生長。所以頂芽產生的生長素，會源源不斷地運送到側芽部位，它們就只能生活在頂芽的陰影之下了。像白楊樹這樣的植物，除非頂芽因為意外死去，否則側芽是永無出頭之日的。

　

　在合軸分枝的植物中，頂芽活躍一段時間后就退休了，所以，不斷有側芽頂替它們的位置。至於頂芽是什麼時候停止生長，或者什麼時候變成開花的位置仍舊是個謎。不管怎麼說，這些樹木的側芽有更多的出頭的機會，所以從整體上看，它們就是一個比較低的主幹和比較豐滿的樹榦了。

　　這些樹木的不同形態究竟是如何被精確調控的，到目前為止，我們還沒有一個確切的答案，但是有一點我們可以肯定，那就是這些形態最有利於物種存貨。那些單軸分枝的樹木通常是風媒花，所以需要長得更高才有利於散播花粉，同時它們的生長年限都很長，為了爭得陽光更需要保持自己個頭的優勢，這樣才能在殘酷的競爭中生存下去。而蘋果，櫻桃這些果樹要依靠昆蟲來傳播花粉，對它們來說增加分枝的數量，為花和果提供生長的平台，才是生存接下去的第一要務。

　　至於一些自然環境，比如冰雪的對枝條的壓力，颱風對樹冠的侵襲，都會影響到樹木的形態。雪松的錐形樹冠正是這種選擇的結果。

　　這樣看來，一棵蒼天大樹的模樣，或挺拔，或蒼虯，都是自然選擇的結果。我們今天看到的整個植物世界，都是在生存鬥爭之後的勝利者，而這場戰爭還將持續下去。