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植物的彩色智慧Comments>>

发表于 2009-03-13 09:48 | Tags 标签:, , , ,

伴着轻柔的春风细雨,小草悄悄地探出了嫩绿的脑袋,桃花在枝头毫不吝惜地绽放出粉色的娇艳,金黄的油菜田引来了大批勤劳的小蜜蜂,一个多彩的生长季节就这样拉开了表演的大幕,紧随其后的是夏天浓绿下的树荫,还有秋天飘落的片片火红和金黄。无法想象,如果地球上没有这些可爱的植物,世界将变得如何暗淡无光。形形色色的植物就像充满灵感画家,把或灰或黄的大地装扮得五颜六色,生机盎然。不过,植物在大地上“涂抹色彩”可不是为了自娱自乐,表达感情,而是为了更好地在这个可爱的地球上生存和繁衍下去。

满眼绿色竟是植物的“残羹冷炙”

如果,让大家选择一种代表生命的颜色,相信99%的人都会选择绿色。绿色的森林给我们提供清新的空气,绿色的农田为我们送上了丰盛的晚餐,门前那块绿色的草坪给了我们每天的好心情。无数的诗人作家都将热情洋溢的赞美之词送给了这抹绿色。这个时候,绿色的主人肯定会在一旁暗自发笑,因为这抹浸透着生命礼赞的绿色不过是植物吃剩下的“残羹冷炙”。

挂在天边彩虹告诉我们,太阳送来的白光实际上是一道七色光组成的大拼盘。而挑食的绿色植物只对其中特定的光感兴趣。这是因为,植物叶片中负责吸收光能的叶绿素a和叶绿素b只会捕获红光和蓝紫光,胡萝卜素只会捕获蓝光,而那些无人问津的绿光就被叶片反射回来,或者透射过去。植物不吃“没有营养”的绿色光,所以我们的世界变成了绿色的世界,事情就是这么简单。当然,不是所有的植物都不喜欢绿光,生活在海水里的红藻就对黄绿光情有独钟,那是因为它们体内吸收光能的物质是藻胆蛋白,“吃掉黄绿光,反射红光”,让红藻穿上了红色的外套。

有些树(如枫树)刚长出的嫩叶是红色的,继而变绿,脱落时变红,是不是因为叶片里吸收光能的物质不断发生变化呢?答案是否定的,无论是嫩叶还是老叶,叶绿素都是这些叶片中吸收光能的主角。颜色的变化,不过是一种被称为花青素的植物色素(也是决定花颜色的主要色素)玩的小把戏。一般来说,为了使叶片快速发育成熟,嫩叶中总是聚集了大量的糖类、矿物质等营养元素,在加上柔软多汁,嫩叶就成了食草动物的首选目标。为了,避免被啃食,植物不得不在嫩叶中加上剧毒的氰化物作为防御武器,同时亮出红色的花青素作为警示标志。当叶片发育成熟时,坚硬的质地和粗糙的口感就足以打消食草动物下嘴的欲望,作为信号灯的花青素也就得以暂时休息。到了秋天,在落叶之前,植物需要把储存在叶片中营养都搬回茎或根中,这就需要叶绿素继续工作一段时间,为搬运工作提供必要的能量。但是随着气温下降,阳光对叶绿素的破坏作用也会不断增强,这时花青素再次挺身而出,为叶绿素抵挡住一部分阳光,从而保证整个资源回收任务的圆满成功。

招蜂不引蝶

春天里,每朵鲜花都在尽可能展示自己的美丽,吸引传粉动物,并利用这些搬运工把花粉运到其他同种植株的柱头上,完成一年一度的“人生大事”。一时间,百花齐放,蜂飞蝶舞,好不热闹,招蜂引蝶成了植物的头等大事。不过,要是所有的花朵既招蜂又引蝶,传粉者身上的花粉就会混成一锅粥——油菜的花粉被搬到桃花的柱头上,而桃花的花粉又占据了苹果的柱头,结果绝对不会是“上错花轿嫁对郎”那般浪漫的爱情故事,只会造成花粉和胚珠的双重浪费,这种情况是哪种植物都不愿意看到的。除了错开彼此的开花时间,最重要的解决手段就是让每种植物雇佣各自特定的传粉者,做到招蜂不引蝶。

由于不同动物对颜色的喜好不同(蜂类喜欢黄色和蓝色,鸟类喜欢红色,蛾类喜欢白色),所以花朵针对传粉者释放特定的颜色信号。不仅如此,还结合了一些传粉者的小嗜好,加强它们在传粉工作中的专一性,黄色的腊梅为喜欢闻香的蜂类准备了香甜气味作为导航标志;没有丝毫气味的红色的芦荟则准备大量花蜜,因为它们的鸟类传粉者需要更多的食物,但鸟儿们的鼻子却很不好用。虽然,这样的分类导航还略显粗糙,但是已经能在很大程度上保证了花粉传递的质量。

虽然大多数花朵在竭力跟动物套近乎,不过有些花朵,却不屑和动物打交道,黑色(实际上是深紫色)的老虎须就是其中之一。这种生活在雨林之中,“没虫怜爱”的花朵,有一套完善的自花授粉机制,他们把自家新郞(花粉)送入自己洞房(子房),完全自力更生开花结实,倒也自得其乐。

红苹果,绿苹果?

说到苹果,印象最深的大概要数自己用竹竿敲落的那个又酸又涩的青苹果,还有姥爷从树上摘下的那个又香又甜红苹果。和苹果一样,很多果实最初是绿的,长大了是红的或者黄的,有时为什么呢?其实,不同颜色实际上代表了果实不同的心声:

绿色——别来骚扰我。这时种子还没有发育成熟,为了保护这些未来的植物。保持绿色,可以让果实尽可能地躲在绿叶当中。不仅如此,果皮中存在大量产生酸涩口感的有机酸和醇等物质,防止动物“偷嘴”。

红色——快点带我走吧。这时,果实中的种子已经发育成熟,需要离开母株寻找新的家园。所以改换了鲜艳的花青素外衣,引诱动物来传播种子。与此同时,果皮中的有机酸和醇合成了芳香的脂类化合物,另外,果皮中还积累了一定数量的糖类,进一步增加了果实的诱惑力。

不过,即使是成熟的果实也不是所有动物都可以随便下口的,火红的辣椒的就是其中之一,辣椒之所以火爆,是因为里面还有一种被称为辣椒素的物质。这种物质能够刺激人类以及其他哺乳皮肤和舌头上感觉痛和热的区域,使大脑产生灼热疼痛的辛辣感觉——这也是川菜最吸引人的地方。尽管这样的刺激可以带来片刻的快感,但是要把这样火爆的果实当作主食却不是件简单的事情,人类不行,其他哺乳动物也不行。其实,分泌辣椒素是对辣椒种籽的一种保护措施,因为,如果辣椒果实被小型哺乳动物吃掉,种子经消化排出之后,几乎不能再发芽。那么辣椒又是靠谁,帮它四处散播种子呢?答案是鸟类。因为鸟类的消化系统不会对辣椒的种子产生丝毫影响,并且这些家伙根本就不知道什么是辣味(这种味觉是哺乳动物的专利),它们可以像吃樱桃一样吞下成堆的辣椒。靠红颜色来吸引鸟类,再靠辣椒素来排斥哺乳动物,辣椒真的算得上是植物果实中智者。不过百密一疏,它被川人抓到了菜肴当中,正是因为它的那份刺激和火爆。

餐盘里的妖艳色彩

就像辣椒素一样,所有有用的植物性状都会被人类利用起来。植物颜色的智慧也成为人们餐桌的调味品。红色或者黄色彩椒,紫色的甘蓝,紫色的番茄,越来越多的新奇蔬果冲上了人们的餐桌。在这些蔬果的各异色彩的背后,都是花青素的功劳。

就像在叶片、花朵和果实中是多面手一样,花青素在餐桌上也身兼数职,它不仅可以从颜色上拌靓餐桌,还可以给营养加点料。2008年,美国科学家利用转基因技术,制造出了富含花青素的紫色番茄,该研究小组认为,食用这种富含抗癌成分花青素的转基因紫番茄,对降低罹患癌症等疾病几率大有益处。但是有些专家认为,食用富含花青素的食物能减少患癌风险这一说法并不可靠。不管怎样,这种技术总可以让我们的餐桌色彩更亮丽一些,促使人们更多地种植相应的蔬果,让植物在人类的农田中更好地繁衍生息。这样算来,竟然又是植物色彩智慧的一次成功。

《成都客》2009.03 科学松鼠会专栏

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28 Responses to “植物的彩色智慧”

  1. Justso说道:

    今天,老天爷和我开玩笑。。。。小姬,你的,这是你的沙发。。。。

  2. 余琰品说道:

    第一次来,非常有趣,我很喜欢。
    植物雇佣自己的花粉使者,像童话一样。我以后要常来,做你们网站的花粉使者,哈哈。

  3. jieer说道:

    第一次来,非常喜欢。以后会常来。

  4. renard说道:

    我一直有个疑问:花粉是不是绝大多数都是黄色的?如果是,为什么涅?

    • 田不野说道:

      有人在wikianswer问过这个问题(见:http://wiki.answers.com/Q/Why_is_pollen_yellow)。回答有一定道理……

  5. 蛋蛋王后说道:

    还是引蝶不招蜂的好一些……

  6. 四月说道:

    喜欢这篇!

  7. 史军说道:

    简单来说,因为黄色是多数昆虫喜欢的颜色,特别是蜂类。黄色的花粉是个明显的“路标”。还有很多植物做了很多黄色的假花粉来勾引传粉者,为花朵免费服务。

    • renard说道:

      但是,如果颜色只是为了吸引授粉者,花瓣的颜色更醒目啊,花粉的颜色真的重要么?

  8. 史军说道:

    花瓣和花粉各有分工,花瓣主要负责远距离的吸引(有时这个任务也交给特化的苞片或者叶片)。近距离引导是由花粉颜色完成的,否则一大朵花,让传粉者乱降落,找不到食物也不行。所谓的鲜艳,大多数情况下是人为定义,昆虫眼中的花跟我们看到的大不一样。

  9. 余琰品说道:

    这一篇很惊艳
    可是,刚看了一些别的,不得不说,有一些很臭贫。
    还是在最爱的这篇下留评论吧。

  10. 黏液传说说道:

    啊,鸟果然不知川味……

  11. 童伟芳说道:

    在一次从杭州到南京的火车上看报纸知道了松鼠会,今天专门前来……不错

  12. 0311yy说道:

    话说不仅仅哺乳类有味觉
    是否某记错 请教

  13. BTZHU说道:

    突然发现这里聚集了一堆首次串门的,凑个热闹,同是~

  14. 史军说道:

    电脑有问题,不能一一跟帖。在此集中回答一下问题,呵呵。
    关于花粉颜色问题,这是一个植物学界研究了很长时间的问题,普遍认同的是黄色对大多数种类的传粉昆虫(特别是蜂和食蚜蝇)都有很强的吸引力。红颜色的花主要是鸟类和蝴蝶喜欢的颜色,但是对黄色不敏感,这些传粉者主要是以花蜜为食物的。所以对花粉的颜色没有很强的选择压力。一般来说,蜂类传粉的花要原始一些,也就是说鸟类传粉的花从蜂类传粉的种类进化而来的,在某种程度上保留了原始的性状(简单说,就是没有必要改变)。这也是目前最主流最合理的假说。
    鸟类的味觉当然是有的,文中所说的“专有味觉”只是辣味。

  15. 吼海雕说道:

    鸟的消化系统到底和别人有什么不同,而能使辣椒的种子能够逃过一劫呢?对这个问题非常关心。

  16. 姚姚说道:

    写得好!
    尤其是:招蜂不引蝶!

  17. [...] 史军《植物的彩色智慧》 [...]

  18. 安静的位置说道:

    为什么一朵花甚至一片花瓣上都可以有不同的颜色,而且排列有序,就像设计好了一样,花的颜色是是由基因决定的吧?那么不同的图案和色彩又是怎样形成的呢?

    • 史军说道:

      目前的传粉生物学认为,花朵上的不同斑纹都是有作用的,可以帮助传粉者更快更准地找到花粉或者花蜜,提高访问的效率。当然,有些病态的斑纹是没有这些作用的,比如感染了病毒的郁金香花朵。
      至于,这些条纹和斑点是由什么基因调控的,目前还没有确切的答案,因为光是花颜色是如何产生和表达的,就已经让科学家头大了。不过随着基因组技术的发展,兴许过不了多久,我们就能知道其中的秘密了。

  19. 冷眼说道:

    ……为了,避免被啃食,植物不得不在嫩叶中加上剧毒的氰化物作为防御武器,同时亮出红色的花青素作为警示标志……
    =============

    不要吃嫩叶!

  20. 新莲说道:

    在颜色对蜜蜂的吸引这一点,是因为每个颜色的吸光度不同,其放出的光线也不同 ,这也与温度有关。

  21. chen说道:

    “植物不得不在嫩叶中加上剧毒的氰化物作为防御武器” 氰化物,然后呢,所有植物都有么,为什么吃了香椿芽不会死掉

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