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小幽靈,大智慧

2018-04-09 06:37衛璧諾
科學之謎 2018年3期
關鍵詞:養料紅杉白化

衛璧諾

萬綠叢中一點白

在美國加利佛尼亞州西北邊陲,生長著世界上最高的樹木——紅杉。它們郁郁蔥蔥、枝繁葉茂、相互交錯,形成一片神秘的森林。這片森林里,目前發現的最高的紅杉有115米,大約相當于40層樓高。紅杉平均年齡有800歲,最古老的已有2200年的歷史了。

走入這片深邃的森林,滿目蒼翠,突然,眼前出現一小叢白色樹木,看起來與周圍格格不入,那便是 被稱為“幽靈”的紅杉。

幽靈紅杉與正常的紅杉不同,它們長得并不高,少有高于3米的,與正常的紅杉相比,好似侏儒之于巨人。數量也并不多,整片森林中也不過那么幾處。它們的葉子并非通體綠色,有的全白,有的泛黃,有的半白半綠。若是有風吹過,遠遠地看過去,就像是動畫或是電影中那些飄動著的白色幽靈,這便是它名字的來源。

為什么幽靈紅杉如此與眾不同呢?

患了“白化病”的紅杉

其實,幽靈紅杉之所以呈現與眾不同的顏色,是因為出現了白化現象。植物界中出現白化現象的并非只有紅杉。水稻、小麥、玉米等的幼苗也存在白化現象。生物學上,它們有一個共同的名稱,叫做“白化突變體”。白化突變體最典型的特征是葉綠體不能正常發育。造成這一現象的因素有很多,比如光照、溫度、礦物質等外在因素,還有葉綠體蛋白轉運受阻、光合色素合成錯誤等內在因素。從根本上看,遺傳物質的改變是造成白化的根本原因。

基因的突變使葉綠素含量降低,植物的葉子也因此出現白化、泛黃等現象。幽靈紅杉作為白化患者也不例外,體內缺乏葉綠素,無法進行光合作用。

有人想嘗試定位紅杉的突變基因,但這幾乎是不可能的。人類有32億堿基對,而紅杉有320億個堿基對。我們迄今都還沒有弄清楚自身的基因,更何況遠比人類基因更加復雜的紅杉基因。沒有人成功為紅杉基因組測序,這也意味著無法準確定位突變的基因。

患有“白化病”的植物通常不久之后便會死亡,因為無法進行光合作用,幼苗只能依靠種子的胚乳營養生長,一旦這些營養耗盡,等待它們的只有死亡。當然也有例外,有一些白化突變體在幼苗期表現出白化現象,但在后期的發育過程中會恢復綠色,正常合成葉綠素,頑強地生存下來。但是幽靈紅杉卻是獨樹一幟,它們既沒有死亡也沒有恢復正常,那么它們是如何存活下來的呢?

寄生?吸血鬼?

有生物學家猜想,幽靈紅杉可能靠寄生生存,如同吸血鬼一般,將根作獠牙,扎入身旁的紅杉,汲取養分。

因此,科學家做了一項實驗,標記某棵紅杉內的部分有機物,并追蹤這些有機物的傳遞過程。結果發現周圍的紅杉體內含有已標記的有機物。這意味著紅杉能夠通過根系與周圍紅杉進行有機物的交換共享。紅杉的樹根延伸、勾連、糾纏,形成龐大復雜的地下網絡。通過這個網絡,紅杉之間可以相互交流溝通。在冬天,陽光不足,光合作用無法提供足夠的養料,它們便通過網絡分享養分,相攜熬過艱難的日子。有人猜想幽靈紅杉大概也能從中獲益,維持了生命。

然而,當夏天來臨的時候,紅杉能夠自給自足,靠光合作用生產出足夠自身生長的有機物。研究人員發現,夏天的紅杉不再與周圍的樹木進行營養物質的交換,也就是說,他們能夠自行決定是否與周圍樹木進行養料共享。既然這樣,為何紅杉會允許吸血鬼般的幽靈紅杉不斷地從正常紅杉身上吸取養料呢?它們大可不給幽靈紅杉提供營養,任其死亡。所以,幽靈紅杉必有其存在的理由。

犧牲小我

經過對幽靈紅杉生長地區土壤的考察,研究人員發現幽靈紅杉生長的地區土壤環境相對惡劣。那么,是這樣的環境使紅杉基因突變還是基因突變的紅杉使其生存的環境變得惡劣?經過科學家的深入研究,答案應為前者。

研究發現,幽靈紅杉的葉子細胞中重金屬離子含量出奇的高,鎘、銅、鎳等離子平均含量是正常紅杉葉子的兩倍,有的葉子重金屬含量甚至足以殺死紅杉十次以上。細胞重金屬含量過高,細胞內滲透壓大,會從外界吸收更多的水分,因此,幽靈紅杉水分含量較正常紅杉多。

幽靈紅杉吸收了土壤中的有毒重金屬,提供了良好的土壤環境,而正常紅杉作為回報,為幽靈紅杉供應足夠它們存活的營養物質。若將整片紅杉森林比作一個人,那么那零零散散的幽靈紅杉便是肝臟和腎臟,為整片紅杉森林“排毒養顏”。

為了能夠在惡劣的土壤環境中存活,紅杉基因突變產生了幽靈紅杉,并為其提供營養物質。而幽靈紅杉為了能夠從正常紅杉那兒獲得養料,以吸收土壤中有毒重金屬,為紅杉凈化土壤作為交換。這是植物生存的大智慧,亦是自然的大智慧。

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