远古时代开花植物为什么能横空出世?约3.6亿年之前,在开花植物的“祖先”进化之际,当时的世界由通过孢子繁殖的类似蕨类的土褐色植物统治。1.4亿年前左右,开花植物突然横空出世并最终脱颖而出。今天,孢子植物仅占所有陆地植物的3%,其原因直到17世纪才被揭开。开花植物之所以能茁壮成长,原因就在于它们比孢子植物更善于有性繁殖。而开花植物拥有的致命武器之一是:一种称为种子的漂亮的小维管。开花植物随着胚胎的产生进化成受保护的“三组织”种子设计。每个组成部分都是从受精植物的独特组织中产生的。斯塔佩将开花植物的种子进化过程比作陆地动物的硬壳蛋的出现过程。动物生活在海洋中时,它们通常在水中排卵和射精,而后在水中结合,如今的鱼类仍是如此繁衍的。硬壳蛋使得动物可以在远离水域,在干燥陆地上更为恶劣的环境中得以繁殖和成长。同样,大约2.5亿年前,当地球进入到更为寒冷、更为干燥的气候时,同早期那些在潮湿、温暖的沼泽地繁殖、结构更简单的孢子亲缘植物相比,开花植物具有明显优势。种子植物也捉摸出多种更佳的传播方式。有些种子可以长出令人不可思议的细倒钩,以钩住来来往往的动物。还有相当一部分种子长出一种称为油质体的小东西,诱使蚂蚁将它们挪出几英尺的距离。其它种子要么表面粗糙,要么轻飘飘的,可以借助风或水向不同地方飘散。人类对种子的喜爱还导致多种新的传播方式。数千年前,人们开始收集和种植营养丰富的种子,如玉米、小扁豆、燕麦等。现代农业将某些种子挑选出来,使它们的种植获得令人难以置信的成功:看看美国平原一望无际的小麦,就知道这种做法有多成功。
寻矿的好向导
矿藏埋藏在地下,人们一般不容易发现。然而有许多植物能够成为地质勘探队员的好向导,帮助他们找到所要找到的矿藏。在我国长江沿岸,生长着一种名叫海州香薷的草,草茎是方形的,能散发出很香的香气,它开出的花朵,颜色原本是紫红色,当变成蓝色或蔚蓝色时,那里就往往能够找到铜矿。海州香薷为什么能指示出地下埋藏有铜矿呢?这是因为它喜欢生长在含有大量铜元素的酸性土壤中,它吸收铜离子,花也在铜离子的作用下变成了蓝色或蔚蓝色。所以,人们又给它取了一个十分贴切的名字叫“铜草”。在非洲的赞比亚,有一种叫铜花的草,人们根据它的指示,找到了一个蕴藏量很大的铜矿。在异极草、林堇菜聚集生长的地方,往往会找到闪锌矿。在有鸡脚蘑、凤眼兰生长的地方,可能有金矿。在生长有大量针茅草的地方,可能会有镍矿。在有喇叭花大量生长的地方,可能会有铀矿。在七瓣莲聚生的地方,地下可能埋藏有锡矿。在有大批铃形花生长的地区。就有可能找到磷灰石矿。在富含锌的地方,三色堇不但长得特别茂盛,而且花开得格外鲜艳。这些植物能成为人们找矿的好向导,是它们因为同海州香薷一样,也喜欢生长在富含它们特别需要的矿物元素的土壤里。
植物传递信息的“秘诀”
植物尤其是同类植物之间是有“语言”交流的。它们之间究竟怎样实现“对话”呢?在一片柳林中。一旦某一棵树遭受虫害,其新叶中的石炭碱的分泌量就会大量增加,以降低新叶对害虫的适应性,从而保护自己,减少虫害,这是人们能够理解的—种适者生存的自然现象。奇怪的是,在这棵遭受虫害的柳树周围约70米范围的其他柳树叶片中的石炭碱含量,均有不同程度的增加,而且越靠近被害之树,叶片中的石炭碱浓度越高。它们是通过何种方法来传播“预警信息”的呢?起初,科学家怀疑是通过树根传递的,但挖开树根发现。这些树根并没有实际的接触,显然树根不是“语言的枢纽”。经过研究发现,受害树所释放的乙烯,要比正常情况下多很多,传递“语言”的物质很可能是乙烯。乙烯通过风的媒介作用,给邻近的柳树发出危险及预防信号,使其各自采取防卫措施。—株合欢树在被野羊啃食后,周围同类树的叶子中会很快产生苦味,一株橡树被砍伐后,其余橡树即会产生更多的种子,这就是植物之间语交流的结果。
生物物种名录
木通是一种植物。其果实可食,亦可入药。然而,中国人对它的称呼不尽相同:浙江人称它八月札,湖北人叫它牛卵瓜,还有的地方叫它三叶木通、野木瓜。然而,这种“一物多名”现象却令植物学家们十分头疼:我们已知的植物种类会不会因此而“扩大”?植物新发现或最新研究成果会不会是重复前辈或国外人的劳动?“全球生物物种名录”标志着我国生物物种名录的统一时代的到来。
绿色世界的数理奇观
创立坐标法的著名数学家笛卡儿,根据研究的一簇花瓣和叶形曲线列出了x3+y3—3axy=0的方程式,这就是现代数学中有名的“笛卡儿叶线”或“叶形线”,数学家还给它取了一个诗一样的名字——“莱莉花瓣曲线”。从千姿百态的绿叶和鲜花的外形轮廓和空间排列中,很早人们就可以找到用一定的数学公式来描述。托着娇艳花朵的睡莲,叶子的形状就是一个较为复杂的高次方程。松树球果上果鳞的布局,菠萝果实上的分块,都是按照对数螺旋在空间展开的。至于植物外部的形态,结构则是那么符合几何原理并具有如此巧妙的对称,均衡和谐的多样性。像许多植物的花,就几乎是完美无缺的呈辐射对称形。云杉和雪松的树形则为优美的圆锥状。生长在圆盘,四柱、圆锥形植物体上的叶片、花、果实,均是按照数学规律在空间的排列和顺序逐渐地展开的。植物为什么要按照数学的规律来安排自己的叶片,花和果实呢?这是植物在大自然中长期适应和进化的结果。如向日葵花盘上瘦果的对数螺旋线的弧形排列,这样就可以使果实排得最紧,数量最多,产生后代的效率最高。车前叶片是轮生的,叶片间的夹角为137°30’,这是圆的黄金分割的张角。按照这一角度排列的叶片,能很好相嵌而又互不重叠,这是采光面积最大的排列方式,有效地提高了植株光合作用效率。建筑师们参照车前叶片排列的原理,设计出了现代化螺旋式的高楼,可以使高楼的每个房间都很明亮,达到较佳的采光效果。
植物气味可防病治病
人类的生命与植物息息相关。凡是植物都有各自的气味。无穷的植物气味和它们神奇的功效正在被人们探索、研究和利用。人们在家门口挂柏枝、艾叶、香蒲,就是因为这些植物具有杀菌、抑菌作用。塔吉克斯坦有一所“香味”医院,病人来到医院不打针、不吃药、不做手术,而是到特定的诊治花园里去闻香味,就可以治病。这是因为植物的气味和花香能使人精神振奋、消除疲劳,还可改变人的心境和情绪,医治病痛。所以说,植物的气味和花香对人体养生是大有裨益的。只要你有时间,就应多去有鲜花、树木、草丛的地方散步、游玩。那里的空气新鲜,每立方米空气中的细菌数远比闹市区要少得多。这是一种极好的健身方式。如果您有兴趣,不妨在居室里、阳台上栽培一些有益于身体健康的花卉。植物释放出的气味,对身体健康是十分有益的。当然,过敏体质的人还是应当警惕花粉过敏。
植物留下的宇宙信息
树形是圆锥体的云杉和雪松可抵御狂风暴雨的袭击而不致倒伏。比较一下古代宝塔或现代的电视塔的形态、布局,它们是多么相像。植物的内部结构是力学原理的典范,可说是力学家的“老师”。植物的茎绝大多数为圆柱状,少数为三角形或四棱形。因为圆柱形表面积最小,受力最均匀;用材最少,容量也最大,更利于茎发挥承受支撑和运输养料的作用。细看那纤细而中空的小麦茎秆,直径虽小却仍然支撑起比它重几十倍的麦穗及茎上剑一般的叶片而不致折断。所以建筑上常以圆形的柱子作顶梁柱。另外,按力学原理,同一材料同样粗细的中空与实心杆体,它们的支撑能力几乎是相等的,小麦茎秆结构以最小耗料而获得最大限度的坚固状态。绿色世界给人类的启迪还有很多很多。从植物的外形、枝叶的排列和花、果的布局中,我们看到了数学的美和仿生学的美。在科技飞速发展的今天,将会进一步揭示植物形态的规律,让自然更多地造福人类。
植物的智力
植物会算数学题吗?会思考下一顿要吃什么美味吗?我敢打赌它们都不会。可是为什么有的科学家却说植物是有智力的呢?其实,植物不仅能相互间进行交流,似乎还能像易怒的家伙一样把芝麻大的一点小事牢牢记在心里,或者是在自己感觉良好的时候做出的某些反应。科学家在给植物浇水时,突然心血来潮地把测谎仪接到了植物身上,然后又继续给植物浇水,没想到植物在被浇水时竟表现出强烈的反应。
植物全息现象
所谓“生物全息”,就是生物体每个相对独立的部分,在化学组成模式上与整体相同,是整体的成比例的缩小。马路边的棕榈树,它的一张叶子,由薄扇似的叶片和长长的叶柄组成,仔细观察一下叶子的整个外形,当把它竖在地上与全株外形相比时,你会发现,它们的外形是多么的一致,只是比例的大小不同而已。一只梨子,它的外形与它的整体果树形吻合。有趣的是,当进行植物离体培养时,也发现了植物的全息现象。若将百合的鳞片经消毒用来离体培养,发现在鳞片基部较易诱导产生小鳞茎,即使把鳞片从上到下切成数段,同样发现小鲜茎的发生都是在每个离植段基部首先产生,且每段鳞片上诱导产生小鳞茎的数量,遵循由下至上递补增的规律。这种诱导产生小鳞茎的特性与整株生芽特性相一致,呈全息对应的关系。在植物组织培养过程中,以大蒜的蒜瓣、矩叶菊、花叶芋和彩叶草等多种植物叶片为外植体,进行同样的试验观察时,都能见到这种全息现象。
花开随人意
花儿的绽放依靠的是植物生长细胞的分裂,只有适宜的光照和温度才能保证细胞分裂的正常进行。但究竟阳光和温度怎样影响着它呢?在对植物开花过程的研究中,科学家们对控制开花时间的基因做标志,并通过阳光照射强度控制它的活跃程度。不同时期,这个基因在花朵的哪个部位,呈现什么状态,把这些信息输入计算机,通过计算机的模拟,这个基因在整个开花过程中发挥的功效就一清二楚了。通过调控这类基因,可以改良某些经济作物。在那些日照时间短的地方,可以缩短开花期,保证农业的丰收。那时,细胞分裂速度的掌控者不再是阳光、温度而是人类了。
生物柴油
大豆除了能吃外,还可以制造“柴油”。科学家开发成功一种以大豆、油菜籽和废餐饮油、动物油脂等为原料制成的“生物柴油”。“生物柴油”提炼技术具有自主知识产权,经过试用,完全达到石油、柴油的使用效果,达到国际先进水平。生物柴油是一种清洁的可再生能源,它从动植物油脂中提取,与常规柴油相比,具有环保、润滑、安全等特点,能在减少大气污染、保护环境的同时,有效节约石油资源,缓解用油紧张状况。
能源作物的开发
煤和石油的“祖宗”既然都是远古时代的植物,那么能不能种植能源作物,像收割庄稼一样来“收获”石油?成为21世纪普遍关注的一个新问题。理想的生物燃料作物应具有高效光合能力。目前,芒属作物可算是一种理想的生物燃料作物。绿色植物向人们提供越来越多样的化学制品和能源。工业部门可以用来制造经生物可分解的汽车零件、家用物品以及其他的产品;从能源作物提炼出来的生物柴油可以取代石油,减少未来人类对石油的过度依赖。因而能源作物的开发与种植,不仅使能源可再生和综合利用,减少环境污染,也为农业经济的复苏创造了契机。能源作物成为发达国家开发再生能源的又一新途径。
植物哨兵
植物体内的生理活动,让生物学家们着迷。而另外一些科学家则看上了植物扎根土壤,忠于职守的特性。由于不少植物对环境的变化都非常敏感,并能通过颜色、形状、生长习性的变化上表现出来。人们就依靠对植物状态的监测,来对有害物质进行预警。这为现代战争中的环境监测提供了意想不到的帮助。在战争地带前进的士兵,正尝试用电子装置来监测植物,以此判断当地是否遭受过化学毒气的攻击。植物扎根地面不会逃跑,它们就成了忠于职守的哨兵。科学家们已经培养成功了几种植物哨兵,他们对化学、辐射等环境的变化特别敏感,用于警示有毒的生物制剂化学制剂的出现。同时,某些植物对某种有害物质还有净化清除的功能。可以想象,将来我们刚刚完成装修的居室,或者空气污浊的办公环境,也能摆上一两盆这样的植物哨兵。那么充盈眼帘的绿色,还为我们担当着保护环境、清除空气垃圾的责任。
吃仙人掌会中毒吗
不是所有的仙人掌都能食用,有的仙人掌不但不能治病还能添病,经权威部门检测,只有墨西哥品种“米邦塔”可以食用,而全国现有此种仙人掌面积仅1000多亩,市场上和饭店里的仙人掌大都是野生,这些仙人掌一般都含有一定量的毒素和麻醉剂,经常食用会导致神经麻痹,其他的毒副作用还在进一步检测中。
细胞能长成植物体
植物和动物都是借着繁衍子孙而使生命流传几亿年。动物的生殖细胞是精子和卵子,它们只有合成为1个细胞即受精卵后,才能诞生新的个体。而植物如果只取一个构成个体的细胞放在试管中培养,这个细胞会长成胚胎,继而成长为原来的植物体。在采用嫁接等栽培方法时,把个体的一部分切取下来加以栽培,就会再度长出原来的“身体”,这也是基于相同机制而发生的现象。任何国家或多或少都会发生几次森林火灾,在电视画面上常可看到满山遍野的植物烧成一片焦炭的惨状。但一到次年春天,烧焦的树干上又会重现稀稀疏疏的新绿,原本埋藏在地底下的种子和孢子在历经寒暑之后窜出地面,一个崭新的翠绿世界又呈现在我们眼前。
影响植物感知的基因
日本和美国的科学家发现,一个名为“HT1”的基因对植物感知周围环境中的二氧化碳起着重要作用,这一成果有望为研究二氧化碳浓度上升对植物的影响提供线索。当周围环境中二氧化碳浓度降低时,植物会打开叶片上的气孔,以吸收更多二氧化碳,而当二氧化碳浓度升高时,叶片的气孔就会关闭。
植物如何避免“近亲通婚”