呜莎解读:植物知道生命的答案-26

让我们继续来读《植物知道生命的答案》这本书。今天是第26天。

在前面探讨植物触觉的章节中,我们重点提到过捕蝇草这种植物。捕蝇草身为一种运动能力超强的植物其实是相当不容易的。因为它们没有肌肉,它们需要通过将运动细胞中的水分排出和充满的方式来实现捕虫器的开启和闭合。而这样一个过程需要耗费大量的能量。

所以,捕蝇草有一个非常明确的需求,就是尽可能的不要随意关闭捕虫器,最好每一次关闭都能抓住一只苍蝇,这样才比较划算。

首先,它们需要确保掉在捕虫器上的东西真的是可以吃的活的东西,如果是风吹、雨滴或者干脆就是落叶之类的不能吃的东西,那就没有必要关闭捕虫器。

其次,即便爬过捕虫器的真的是个活物,它还需要确保这活物的个头大到值得花费精力来对付。任何猎人都不希望自己辛辛苦苦用一周时间挖好的陷阱,捕到的却是一只老鼠吧。

另外,捕蝇草还需要确定,这个找上门来的家伙没有强大到自己对付不了的地步。就好像一只喷火的恶龙碰巧路过猎人的家门口,猎人最好的策略就是假装自己不在家,而不是从墙上摘下猎枪朝恶龙挑衅式的开两枪。NO ZUO NO DIE这句话用在这里,绝对是至理名言啊。

捕蝇草的视觉当然不足以让它认出触碰捕虫器的纤毛的家伙是否符合自己的上述要求。不过,幸运的是,捕蝇草找到了一个相当有效的策略。

捕蝇草认为,一只虫子,如果在20秒的时间里连续的触碰了捕虫器上的两根纤毛,那么这只虫子的体型就符合自己的要求,也就是值得自己耗费能量捕捉一次。

如果来到捕虫器上的家伙是一只大老鼠,那它的一只爪子可能会直接踩住两根以上的纤毛。遇到这样的大家伙时,捕蝇草就会选择装傻充愣,置之不理。如果捕虫器上的小昆虫转悠了半天都没能碰到两根纤毛,那么这种小到不够塞牙缝的小虫子也是不值得花费力气去吃的。至于自然界的风,总是会同时摇动所有的纤毛,所以风是不会触动捕虫器的。

野生的捕蝇草生长在潮湿多雨的地区,区分雨滴和昆虫的差别是它们的必修课。它们的捕虫器的个头不大,溅落的雨滴一瞬间对多个纤毛产生冲击力,这刚好不会触发捕虫器的陷阱。

捕蝇草只用了20秒时间内触碰2根纤毛这一条简单的规则,就完美的从各种触碰中识别出自己的猎物来。这样的规则简直像是数学公式一样优雅而有效。

当然,捕蝇草也会有出错的时候,比如说,恰好真的有一小片树叶随风飘来,碰到了一根纤毛,而过了几秒,又有一小片树叶随风飘来,碰到了另一根纤毛,那会怎么样呢?捕蝇草确实会毫不犹豫的抓住这两片树叶,但是,它并不会立即分泌消化液将树叶消化掉。

分泌消化液也是相当耗费资源的事情。如果烧热一大锅油,只是为了炸半根薯条的话,那绝对是得不偿失的事情。所以捕蝇草只会轻轻的闭合捕虫器,如果抓到的是猎物,那么猎物一定会猛烈挣扎,感受到挣扎之后,捕蝇草才会进一步收紧捕虫器,将猎物仅仅夹住,随后分泌消化液将猎物消化掉。

如果捕蝇草抓到的仅仅是一片树叶,那么捕蝇草就不会感受到挣扎,它们很快就会重新张开陷阱,等候下一个猎物的到来。如果抓住的猎物实在太小,不值得花费力气吃掉,在这个阶段,小昆虫也会趁机离开捕虫器,捕蝇草也就避免了用一大锅油炸半根薯条的窘境。

所有的这些判断,都需要记忆力来支持。捕蝇草必须在第一根纤毛被触碰的时候对触碰信息进行编码,从而形成一个记忆。然后捕蝇草要开始读秒,1……2……3……4……,如果期间又有纤毛被触碰到,就会决定启动陷阱。如果读到20秒还没有任何其他纤毛被触碰的话,捕蝇草就会主动忘记上一次的触碰信息。这就是捕蝇草的逻辑。

科学家们特别想知道的是,捕蝇草被触碰以后,把这些记忆信息存到哪里去了。自从1882年,桑德逊发表了关于捕蝇草行为的论文之后,科学家一直都被这个问题所困扰着。而这些问题直到100年后才开始逐渐被我们所了解。

德国波恩大学的西弗斯教授对捕蝇草受到触碰后产生的生物电位进行了定量研究。他发现纤毛被触碰时会引发一个动作电位,而这种动作电位会引发钙离子浓度的迅速上升。这种反应与人类神经元信息传递的过程是很相似的。

西弗斯教授推测捕虫器的闭合需要较高的钙离子浓度才能够触发。当一根纤毛被触碰的时候,产生的动作电位刚好不足以让钙离子浓度达到触发闭合动作的水平。而第二根纤毛受到触碰时,钙离子浓度就足够触发闭合动作了。这时候捕虫器就会迅速闭合,抓住猎物。但是,当第一根纤毛被触碰的时候,细胞中的钙离子的浓度并不会一直维持在很高的水平上。钙离子会随着时间慢慢流失。如果20秒钟之后还没有第二根纤毛被触碰的话,那么即使再触碰第二根纤毛,所产生的钙离子浓度也不足以让捕虫器闭合了。这就是捕蝇草忘记信息的原因。

为了验证他的推测,西弗斯教授设计了一个实验。他打算触碰第一个纤毛,然后等25秒再触碰第二个纤毛,这肯定不会触发捕虫器闭合,但如果西弗斯教授的推测正确的话,这时候再触发第三根纤毛,就一定会触发捕虫器关闭。因为第三根纤毛产生的电位会让钙离子浓度达到阀值的。

实验果然证明了西弗斯教授的推测,无论是实验监测到的钙离子浓度变化还是捕蝇草的行为,都证明事实确实如此。

阿拉巴马州奥克伍德大学的亚历山大·沃尔科夫和他的同事用另一个实验验证了西弗斯教授的推测。沃尔科夫教授没有触碰捕蝇草的纤毛,而是在它们的捕虫器上安装了一个小电极。小电极开启的时候,会有一股电流流过捕虫器。

沃尔科夫教授发现,只有当两个电极之间流过的电量在14微库仑左右的时候,才会触发捕虫器的闭合行为。14微库仑大概就相当于拿一个气球在头发上蹭一蹭这么多的电量。

如果两个电极之间流过的电流强度过大,捕虫器也不会闭合,这就很好的解释了为什么狂风、雨滴或者很大的动物猛烈触动多根纤毛时,捕蝇草会无动于衷。如果通过的电流太小,那么这些电流就会通过它们导致的钙离子浓度进行短时间的积累效应,直到达到额定水平,陷阱才会被触发。

讲明白其中的道理之后,你可能会觉得这个形成记忆的机制实在是很傻,以至于不愿意承认植物真的有记忆。但是,要知道,其实我们人类以及所有动物的神经传导机制也是一样的。我们的细胞里都有离子通道,离子透过细胞膜跑来跑去的化学过程,就是生物电传导的过程。

沃尔科夫教授还尝试用抑制人类神经元传导的药物去处理捕蝇草。别觉得这些药物很神奇,其实那就是一些止痛药而已。处理之后的捕蝇草就会对触碰变得迟钝。无论我们触碰还是施加电荷,捕虫器就都不会关闭了。不过,也不必为捕蝇草担心,药劲儿过去了,它们就好了。

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