參考消息網5月12日報道 英國“對話”網站近日發表題為《植物通過交流、共享資源和改變環境實現在復雜世界中的繁榮》的文章,作者系植物科學家貝龍達·蒙哥馬利。全文摘編如下:
作為一個物種,人類有合作的基因。這就是為什么在新冠肺炎大流行期間,封鎖措施和遠程辦公讓我們中的許多人感覺困難。
而對于其他生物體來說,保持社交距離則更為自然。筆者是一名植物科學家,花了數年時間研究光線暗示如何影響植物——從植物生命周期開始時種子的萌發一直到葉落或死亡。在我的新書《植物的榜樣》中,我探討了我們可以從植物行為的環境調節功能中學到什么。
一個重要的認識是,植物有形成相互依賴的能力,但在聯系可能具有破壞性的時候,也有避免相互依賴的能力。一般而言,植物不斷地與它們所處生態系統中的其他生物進行交流和接觸。但是當這些持續存在的聯系可能造成破壞而非帶來好處時,植物可能會表現出某種形式的社交疏遠。
相互依賴
當條件適合的時候,大多數植物都是拉“關系”的高手。絕大多數植物的根莖上面或內部都生活著真菌。這些真菌和根莖一起形成被稱為菌根的結構,其外形類似于一種網狀構造。
菌根可以提高寄主植物通過根部吸收水以及氮和磷酸鹽之類的養分的能力。作為回報,植物與它們的伴生真菌分享它們通過光合作用產生的糖分。因此,真菌和寄主植物存在強有力的互相聯系,并且互相依靠對方實現生存和繁榮。
菌根聯系可以通過同一個功能網絡聯結多顆植物。當植物產生的糖分超過自己的需要時,它們可以通過這個相互聯系的根莖——真菌網絡分享糖分。通過這一過程,它們將確保群落中的所有植物都能獲得支持自身生長所需的能量。
換句話說,這些聯系延伸至單一寄主植物及其伴生真菌之外的區域。它們形成涵蓋整個群落的關系,以及植物與真菌互相依賴的網絡。外部環境中的因素——例如可用來進行光合作用的光照量和植物周圍土壤的成分等——對這些網絡中的聯系進行微調。
菌根也發揮溝通渠道的功能。科學家已經在文獻中記載了植物可以通過真菌網絡把防御性化學物質——如提高對蟲害的抵抗力的物質——傳遞給其他植物。這些聯系還使遭到了蚜蟲或其他類似害蟲襲擊的植物能夠向鄰近植物發出信號,以便讓它們搶先激活自己的防御性反應。
躲避危險
分享有助于其他植物避免危險的資源或信息是植物生態系統聯通性和相互依賴性所具有的力量的寶貴范例。不過,有時候求生欲要求植物切斷聯系。
當光線或營養物之類的環境暗示變得足夠稀少,以至于寄主植物通過光合作用所能制取的糖分只夠支持其自身生長時,在一個較大群落網絡中積極保持相互聯系可能是危險的。在這樣的情況下,通過分享有限的糖分供應,寄主植物所失去的水分和營養物將會超過其從網絡中所能獲取的水分和營養物。
在這樣的時候,植物可以通過限制其與伴生真菌交換物質的種類以及避免形成新的聯系,來制約菌根聯系及其發展。這是一種物理疏遠形式,它將在植物擁有有限能量供應時保護它們的自我供養能力,以便它們能夠長期生存下來。
當狀況改善時,植物可以恢復與伴生真菌的分享行為,并建立額外的聯系和相互依賴關系。它們可以通過與它們龐大的植物與真菌群落共享資源和有關生態系統的信息而獲益。
識別親屬
保持社交距離并不是植物在世界上生存的唯一法門。它們還能識別與自己有親屬關系的植物,并據此調整自己分享或競爭的能力。當被某個真菌網絡聯系在一起的植物是在遺傳學上關系密切的親屬時,它們與該網絡中的真菌所分享的糖分會比網絡中的其他植物與自己沒有親屬關系時要更多一些。
優先考慮親屬的做法對我們人類來說可能感覺十分熟悉。人類和其他生物體一樣,經常會積極地為幫助我們親屬的生存貢獻力量。人們有時把這種行為說成是致力于確保“姓氏”的延續。對于植物來說,支持親屬是確保它們延續自身基因的一個方式。
植物還可以改變環境的某些方面來更好地支持自身生長。有時候存在于土壤中的基本營養物被以植物無法吸收的某種形式“鎖定”起來:例如鐵可能以與鐵銹十分相似的方式被與其他化學物質綁定在一起。當這種情況發生時,植物可以從根部分泌出化合物,從而實際上把這些營養物溶解為植物能夠容易使用的形式。
協同合作
通過這種方式,植物可以單獨或共同地改變所處環境。通過一種名為“群集”的類似于蜂群或鳥群移動的協作過程,植物的根部可以朝同一個方向生長。這樣的根部群集將使植物能夠在特定的土壤區域釋放大量化學物質,從而提供更多養分供植物使用。
像菌根共生、親屬識別和協同改變環境等行為表明,總體而言植物團結在一起時會生活得更好。通過與外部環境保持合拍,植物可以決定什么時候合作和培養相互依賴關系要比獨善其身更好一些。
在思考植物和真菌之間的這些可以調整的聯系和相互依賴關系時,我不斷地獲得靈感——尤其是在新冠大流行的年份。當我們在持續變化的世界中行走時,植物將為人類提供有關獨立、相互依賴和相互支持的所有關系的榜樣。