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第10章 走向繁荣——被子植物(1)

现今,植物界进化程度最高、品种最多的一门便是被子植物门。被子植物的心皮包成子房,胚珠生于子房内,胚乳在受精后始形成,具有真正的花,花的主要部分为雄蕊和雌蕊,此外,还常具有花萼和花冠,花粉粒停留在柱头上,不能直接和胚珠接触。分为双子叶植物纲和单子叶植物纲。据统计,在全世界属于这一门的植物约有300~450个科,多达30万种,大多数科分布在热带,三分之二的种限于热带或其邻近地区。

纵观被子植物门,我们不禁会I京叹于它的纷繁复杂——从草本到木本,从低矮到高大,从喜阴到向阳,如此截然不同的形态、差异巨大的生活习性居然出现在这同一个门内不同植物体上,着实令植物分类学家们伤透了脑筋。

被子植物是诸多门类植物中最后出现的一个门。在此之前,无论藻类、蕨类还是裸子植物,它们的出现都经过了—个种类由少及多的过程,因此古生物学家们可以在研究过程中清晰地辨别出较为原始和较为进化的种,从而将这些种按照出现的先后顺序排列,将该门类的植物进化顺序详细列表——这对于研究某一门类植物起源和演化有极其重要的意义。然而被子植物成为了—个例外。

达尔文是英国著名的博物学家,他在著作《物种起源》中详细阐述了进化论思想。该书从生物与环境相互作用的观点出发,认为生物的变异、遗传和自然选择作用能导致生物的适应生改变。

百余年来这一观点在学术界产生了深远影响,然而达尔文对自己的理论也并非完全没有疑问。

按照进化论的核心思想来说,生命体是在自然条件的影响下,为了适应自然而不断进化的。这是一个生物种类由少及多,从简单向复杂化发展的过程。因而,现在世界上的各种生物,无论牛、马、昆虫,甚至是动物和植物之间都应该有着或亲或疏的联系。而在生物进化的过程中,总会有一些所谓的“过渡型生物”存在,就像现在所公认的鸟类祖先——始祖鸟,或是同时具备动物和植物生活习性的眼虫藻。然而这些所谓的“过渡型生物”并不那么容易发现。

在达尔文生活的年代,孟德尔刚刚开始他的豌豆实验,基因的概念还没有诞生,探究生物间亲缘关系的方式只有通过解剖学对比,或是找到确切的“过渡型生物”或其化石从而加以说明。解剖学的判定因为当时的知识及技术水平所限,经常不能作为标准。而后一种方式看上去则更加难以实行一由于过渡型生物极少被发现,连达尔文也只能将自己的理论留给后人加以证明了。所幸随着科技的发展,人们也确实一步步证实了进化论的科学性。

1879年,达尔文曾经致信他的好友约瑟夫·胡克(英国植物学家,英国皇家植物园“邱园”的第一任园长),在信中他把开花植物的迅速崛起称为—个“讨厌的谜”。这里的开花植物指的就是被子植物。

另外一个同样让达尔文深感头痛的“谜”就是寒武纪的生物大爆发。这两个谜题有着惊人的相似:在寒武纪,生物种类突然增加,通过地质学家和古生物学家的考察,其间并未发现具备此前简单生物特征的过渡型生物。这两个谜题一同伴随着达尔文走完了余生,而且一度让达尔文对自己提出的进化论产生了不疑。

据文献记载:在距今14亿年左右的时间,有花植物大面积地出现。要知道,在种类繁多的被子植物出现之前,地球上虽然“绿化度”不低,然而多是品种较单一的裸子植物和蕨类植物以及苔藓植物。令人京奇的是,在很短的时问内,形态各异的被子植物纷纷亮相,并且在事前没有发出任何“信号”(这里的信号还是指过渡型生物)的情况下占据了“大片江山”。直到今天,古生物学家还在为寻找最原始的被子植物而努力。

被子植物从哪里来?这个问题在科学界已经被争论了将近200年了,直至今日,还是没有一个统一的答案。其间数位著名的植物学家提出了自己的观点,而这些看上去截然不同的观点又各有其可取之处。

以维兰德为代表的多元论支持者认为被子植物来自许多不相亲的群类,如种子蕨类的苏铁蕨、开通蕨、本内苏铁、银杏、科得狄、松怕类、苏铁……单子叶植物也有多个起源,其中棕榈目是来自种子蕨纲中的髓木类,算起来整个被子植物竟有20多个“祖先”。

哈钦松、塔赫他间、克朗奎斯特为代表的植物学家主张被子值物单元起源论,其理由是:

(1)被子植物除了较原始和特化的类群,木质部中均有导管、韧皮部都有筛管和伴胞;

(2)雌雄蕊群在花轴上排列的位置固定不变;

(3)花药的结构—致,由4个花粉囊组成,花粉囊具有纤维层和绒毡层,花粉萌发,产生花粉管和两个精子;

(4)雌蕊由子房、花柱、柱头组成,雌配子体仅为8核的胚囊;

(5)具有“双受精”现象,三倍体的胚乳。

由于以上几条确实是只有被子植物才具有的特点,因此单元起源论也成为现今大多数科学家所认可的理论。但是,被子植物如确系单元起源,那么它究竟发生于哪一类植物呢?对此,科学家们做了许多推测,比如:藻类、蕨类、松杉目、买麻藤目、本内苏铁目、种子蕨等。

这样一来被子植物的分类又出现了问题,有人说被子植物源于裸子植物,因此应将裸子植物和被子植物一同划归到种子植物的行列中,裸子植物和被子植物则分属两个亚门;也有人说被子植物是由蕨类植物进化出的全新物种,应以单独的一科对待。此外,不同的学者在被子植物中不同科植物出现的先后顺序以及亲缘关系上也存在着不小的争论。

19世纪以来,许多植物分类工作者为建立一个详尽、科学的分类系统付出了巨大努力。他们根据各自的系统发育理论,提出的分类系统已达数十个。但由于有关被子植物起源、演化的知识不足,特别是化石证据不足,直到现在还没有—个比较完善的分类系统。

如今,影响较大的被子植物分类系统是恩格勒系统、哈钦松系统、塔赫他间系统和克朗奎斯特系统。目前,克朗奎斯特系统在世界上最为流行,这是美国植物学家克朗奎斯特于1968年在其《有花植物的分类和演化》一书中发表的系统。在1981年修订版中,共有83目,388科,其中双子叶植物64目,318科,单子叶植物19目,65科。而后文我们所介绍的不同科植物也将以克朗奎斯特系统作为分类标准。

植物的智慧在人们的眼中,智慧往往会因其无法眼见、无法抓握而显得玄之又玄,然而,智慧又是那么的可以感知,于是人们就更加对其有了无限的向往。

它让无数天资聪颖、勤奋好学之人趋之若鹜;他们起早贪黑,头悬梁锥刺股,都希冀得到所谓的大智慧。他们甚至发出诸如“朝闻道,夕死可矣”之类的豪言以表达他们对智慧的渴求。

然而,智慧到底是什么呢?

其实,智慧并非是虚化的概念,它是指对事物能够认识、辨析、判断处理和发明创造的能力。

那么,植物是否有智慧呢?也许很多人会想:难道这些自生自灭的家伙们也配拥有智慧么?不过,随着科学的发展,我们发现植物体其实是在与外界交流的,不仅仅是交流,它们甚至还在解决自身遇到的一系列问题。

让我们来看一个生活中最常见的例子。

向日葵顾名思义是朝向太阳生长的植物,然而一天之间,太阳的位置是不同的,而向日葵本身也能随着太阳变换的方向而转动。向日葵是如何使它的花盘随时指向太阳的方位呢?

1880年达尔文在研究植物的向光性时发现,对胚芽鞘单向照光,会引起胚芽鞘的向光性弯曲。

切去胚芽鞘的尖端或用不透明的锡箔小帽罩住胚芽鞘,用单侧光照射则不会发生向光性弯曲。因此,达尔文认为胚芽鞘在单侧光下产生了一种向下移动的物质,引起胚芽鞘的背光面和向光面生长速度不同,使胚芽鞘向光弯曲。这就是著名的达尔文向光性实验,这也初步说明了一些植物体会向太阳的方向弯曲的原因。

到了1928年,荷兰人温特把切下的燕麦胚芽鞘尖放在琼胶块(一种类似于果冻,吸收性好的化学品)上,经过一段时间后,移去胚芽鞘尖把这些琼胶块放置在去尖的胚芽鞘的一边,结果有琼胶的一边生长较快。这个实验证实了胚芽鞘尖端产生的一种物质扩散到琼胶中,再放置于胚芽鞘上时,可向胚芽鞘下部转移,并促进下部生长。后来温特分离出了鞘尖产生的与生长有关的物质,并把这种物质命名为生长素。同时,温特认为生长素在茎部向光面和背光面浓度的不均衡造成了这种茎部不等性的生长结果。

不过,按照达尔文和温特的理论来讲,如果埴物体内仅有生长素参与了植株生长的话,那么,就有可能会出现不停生长,甚至直达火星的植物,而现实生活中显然没有这样的例子。显然,达尔文和温特的理论是存在洞的。

到了20世纪70年代,人们通过实验发现,在植物茎部参与生长的激素其实还有—种具有抑制植株生长的激素,科学家将这种物质称为抑制素。而植物茎部两侧之所以不均衡生长其实是由这种抑制素浓度控制的。科学家们发现,植物茎部的向光面和背光面生长素浓度差别并不大,只是由于向光面的抑制素浓度大于背光面浓度,因此背光面生长铰快,植物体就向日光的方向生长了。

其实植物并非只有向光性,除此之外,植物体还具有向重力性、向水性和向化性,这些特性被统称为植物体的四大向性运动。

植物向性运动是指在外界刺激方向和诱导所产生运动的方向之间有固定关系的运动。

同时,向性运动大多是生长性运动,是不可逆的过程。

向性运动是植物体解决自身遇到问题的过程。这其中包括了植物体感受器对外界刺激的感知、植物体内部激素的分泌运输等复杂过程。其实人在解决问题时也是通过自身的五感感知外界情况,之后再对外界环境做出反应的。只不过,人具有了一个特殊的器官一大脑。大脑是用来记忆各种解决方案,同时将这无数解决方案进行分析并且将之与当前问题关联,最终得到一个最优解决方案,之后再通过大脑协调人体各个器官来执行这条方案;而植物相对于人来说,由于缺少了大脑及随意移动的能力,就无法像人类一样通过多变的方式来处理外界的复杂问题。它只能对几个最关乎自身存亡的因素——光、水以及生长所必需的元素做出一些固定的反应。

然而,我们并不能够由于植物体的低等而小瞧它们。与人类相比,虽说植物体没有智慧的大脑来协调自身运作以及制定抵抗恶劣环境的计划,然而植物却有我们人类绝不敢奢望的身体结构。植物体是经过至少25亿年风雨洗礼走到今天的,比动物出现的时间早了15亿年。这15亿年的经历让植物体的组织结构高度精简,而历经数次严酷自然环境选择的植物,其族群的再生能力以及抗击天灾的能力更是动物所无法企及的;然而动物则是选择使组织结构高度复杂,让个体具有多种功能,从而抵御外界逆境。用形象的比喻来说,动物是以万变应万变,而植物则是以不变应万变。我们并不能将这两种不同生存方式分出一个高下,毕竟,活到最后才是活得最好。

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