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        小幽靈,大智慧

        2018-04-09 06:37:46衛(wèi)璧諾
        科學(xué)之謎 2018年3期

        衛(wèi)璧諾

        萬(wàn)綠叢中一點(diǎn)白

        在美國(guó)加利佛尼亞州西北邊陲,生長(zhǎng)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(cuò),形成一片神秘的森林。這片森林里,目前發(fā)現(xiàn)的最高的紅杉有115米,大約相當(dāng)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(xiàn)一小叢白色樹木,看起來(lái)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(zhǎng)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(shù)量也并不多,整片森林中也不過(guò)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(fēng)吹過(guò),遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看過(guò)去,就像是動(dòng)畫或是電影中那些飄動(dòng)著的白色幽靈,這便是它名字的來(lái)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(shí),幽靈紅杉之所以呈現(xiàn)與眾不同的顏色,是因?yàn)槌霈F(xiàn)了白化現(xiàn)象。植物界中出現(xiàn)白化現(xiàn)象的并非只有紅杉。水稻、小麥、玉米等的幼苗也存在白化現(xiàn)象。生物學(xué)上,它們有一個(gè)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(fā)育。造成這一現(xiàn)象的因素有很多,比如光照、溫度、礦物質(zhì)等外在因素,還有葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)受阻、光合色素合成錯(cuò)誤等內(nèi)在因素。從根本上看,遺傳物質(zhì)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(xiàn)白化、泛黃等現(xiàn)象。幽靈紅杉作為白化患者也不例外,體內(nèi)缺乏葉綠素,無(wú)法進(jìn)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(duì),而紅杉有320億個(gè)堿基對(duì)。我們迄今都還沒(méi)有弄清楚自身的基因,更何況遠(yuǎn)比人類基因更加復(fù)雜的紅杉基因。沒(méi)有人成功為紅杉基因組測(cè)序,這也意味著無(wú)法準(zhǔn)確定位突變的基因。

        患有“白化病”的植物通常不久之后便會(huì)死亡,因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)行光合作用,幼苗只能依靠種子的胚乳營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),一旦這些營(yíng)養(yǎng)耗盡,等待它們的只有死亡。當(dāng)然也有例外,有一些白化突變體在幼苗期表現(xiàn)出白化現(xiàn)象,但在后期的發(fā)育過(guò)程中會(huì)恢復(fù)綠色,正常合成葉綠素,頑強(qiáng)地生存下來(lái)。但是幽靈紅杉卻是獨(dú)樹一幟,它們既沒(méi)有死亡也沒(méi)有恢復(fù)正常,那么它們是如何存活下來(lái)的呢?

        寄生?吸血鬼?

        有生物學(xué)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(yǎng)分。

        因此,科學(xué)家做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),標(biāo)記某棵紅杉內(nèi)的部分有機(jī)物,并追蹤這些有機(jī)物的傳遞過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)周圍的紅杉體內(nèi)含有已標(biāo)記的有機(jī)物。這意味著紅杉能夠通過(guò)根系與周圍紅杉進(jìn)行有機(jī)物的交換共享。紅杉的樹根延伸、勾連、糾纏,形成龐大復(fù)雜的地下網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò),紅杉之間可以相互交流溝通。在冬天,陽(yáng)光不足,光合作用無(wú)法提供足夠的養(yǎng)料,它們便通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分享養(yǎng)分,相攜熬過(guò)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(dāng)夏天來(lái)臨的時(shí)候,紅杉能夠自給自足,靠光合作用生產(chǎn)出足夠自身生長(zhǎng)的有機(jī)物。研究人員發(fā)現(xiàn),夏天的紅杉不再與周圍的樹木進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換,也就是說(shuō),他們能夠自行決定是否與周圍樹木進(jìn)行養(yǎng)料共享。既然這樣,為何紅杉會(huì)允許吸血鬼般的幽靈紅杉不斷地從正常紅杉身上吸取養(yǎng)料呢?它們大可不給幽靈紅杉提供營(yíng)養(yǎng),任其死亡。所以,幽靈紅杉必有其存在的理由。

        犧牲小我

        經(jīng)過(guò)對(duì)幽靈紅杉生長(zhǎng)地區(qū)土壤的考察,研究人員發(fā)現(xiàn)幽靈紅杉生長(zhǎng)的地區(qū)土壤環(huán)境相對(duì)惡劣。那么,是這樣的環(huán)境使紅杉基因突變還是基因突變的紅杉使其生存的環(huán)境變得惡劣?經(jīng)過(guò)科學(xué)家的深入研究,答案應(yīng)為前者。

        研究發(fā)現(xiàn),幽靈紅杉的葉子細(xì)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(xì)胞重金屬含量過(guò)高,細(xì)胞內(nèi)滲透壓大,會(huì)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(huán)境,而正常紅杉作為回報(bào),為幽靈紅杉供應(yīng)足夠它們存活的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。若將整片紅杉森林比作一個(gè)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(yǎng)顏”。

        為了能夠在惡劣的土壤環(huán)境中存活,紅杉基因突變產(chǎn)生了幽靈紅杉,并為其提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。而幽靈紅杉為了能夠從正常紅杉那兒獲得養(yǎng)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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