植物的神奇本领

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  改变颜色 使炸弹原形毕露
  植物不但让我们得到美的视觉享受,而且还能为生物提供丰富多彩的食物。现在,它们又有了新的用途——可以拯救人的生命。这听起来似乎不太可能,难以想象。然而科学家已经“教会”了植物蛋白质有某些化学物质存在时改变颜色的本领,使它们能够检测出炸弹等危险物品,成为打击恐怖分子的最新“武器”。这项研究结果真的很管用,可以对犯罪分子起到强烈的震慑作用。例如,若在安检大厅种有这类植物,一旦有人携带炸弹进场,植物的叶子会马上变成白色,罪犯只得乖乖地束手就擒。
  美国科罗拉多州立大学生物学教授琼·梅德福领导的团队和美国国防部联手,共同完成了这项研究。“这种检测方法切实可行,因为在释放出来的萜类化学物质的威胁刺激下,植物DNA的受体蛋白质会自然做出回应,加厚叶的表皮,从而改变其颜色。”她指出,“植物无法逃脱或躲避这些威胁,所以在长期的自然进化中培育出检测和应对外部环境干扰的精密系统。我们就是以这种防御性的反应机制为基础,开展用植物检测爆炸物的研究。”
  科学家精心设计出一种计算机程序,通过让植物DNA的受体蛋白质使用同样的方式,对炸药、空气和水污染物中发现的化学物质做出反应,来操纵植物的自然防御机制。计算机重新设计的这些受体相当于植物的功能,并且针对植物细胞壁,细胞壁可以在空气里或附近的土壤中识别污染物或炸药。植物检测出这些物质后,将激活能使叶子失去绿色变成白色的内部信号。
  梅德福教授认为,这个主意的高明之处在于“探测器”直接来自于自然界的植物。在“教会”了它们怎样去“侦察”我们感兴趣的事情之后,就能以任何人都可以看到的方式准确敏捷地做出反应,告诉我们附近有没有危险物品。这些植物的“侦查”能力和狗不相上下,甚至还更敏感。
  通风报信 防御捕食者入侵
  美国加利福尼亚大学植物学家理查德·卡尔班教授的研究表明,植物王国的成员能够互相“交流”,它们相互“沟通”的行为能力比我们想象的更为复杂。他在实验中惊讶地发现:植物会通过空气给“邻居”发送化学信息,警告它们提防饥饿的捕食者;对方“听到”之后,会提高防御蚱蜢、毛毛虫及其他入侵者的能力。这位科学家承认,自己的论点引起了生物界的争议。但他还是幽默告诫说,下次当你听到花园里植物之间发出奇怪的沙沙声时,请不要靠得太近。
  在对美国西部土生土长的蒿属灌木和黄色花灌木进行研究之后,卡尔班教授确认它们之间确实会进行“对话”。按照实验步骤,他首先模拟蚱蜢对植物进行损坏的方式,用剪刀剪掉盆栽灌木茎叶的一部分;然后在灌木地里分别栽种一些被剪掉茎叶的和完好的植物,以比较它们“邻居”遭受蚱蜢捕食的损坏程度。他最后发现,那些和剪过茎叶的“邻居”在一起的灌木,得以免遭蚱蜢的侵害,叶子基本上没有受损。这说明曾经被损坏的植物以某种方式“告诉”它们的“邻居”:加固防御“工事”,预防蚱蜢入侵。
  迄今为止,卡尔班教授尚未确定灌木“交谈”时在空气中发送的是什么化学物质,但有一点在实验中得到了肯定:进行过“对话”的同类型植物身上遭受的伤害最少,这说明植物具备区分出“家庭”成员的能力。
  德国植物学家弗兰克·赫尔曼博士领导的一项研究发现,灌木在被修枝剪叶时会因剧痛而扭动,并且释放出一种气体。他们通过高度灵敏的麦克风,听到了健康植物发出的“泡泡”音。但在受到攻击时,即使被微小昆虫咬伤,这种声音便上升成尖锐的刺耳声。
  “植物受到的压力越大,发出的声音就越大。植物实际上并没有痛苦地尖叫,但是当它们发出乙烯气体时,就能听见不同的声音了。”赫尔曼博士说,“释放乙烯的另一个作用还在于警示其他植物,准备应对可能的‘攻击’,这也许是植物和树木的一种‘交谈’方式。”
  科学家认为,这项研究可能有助于确定哪些水果和蔬菜保鲜的时间更长一些。例如,黄瓜开始变质时会发出一种反常的声音,可以根据这点把它和新鲜黄瓜及时分开。
  牺牲局部 换来新的生机
  在面临捕食者或疾病威胁的时候,精明的植物为了顽强地生存下去,有时也会选择“寻短见”的自我保护方法。自杀一直被视为是具备高等智能的人类的“发明”专利,但据奥地利维也纳大学生物学家的研究,植物早就有一套“自杀”机制。如果受到动物威胁或者传染病感染,作为一种长期的保护策略,它们会故意使自己一部分死亡。科学家分析说,植物感染的那部分死亡,意味着疾病也将随着植物的那部分而被彻底清除掉了。
  “有人认为,巨大的热量或臭氧杀死了植物,这常常是一种错误的假设。”主持这项研究的维也纳大学生物化学和细胞生物学系主任安德里亚斯·巴赫梅尔强调说,“在大多数时候,植物自己创建了一种特殊的机制,去设法拯救那些能够被救的东西。尽管植物的某些部分因为顾全大局而自愿死亡了,但核心仍然活着。”
  与动物不同,植物无法逃离危险,因此具备了更多不同的保护策略。遇到捕食者或疾病威胁时,植物不能一走了之,只得“自杀”其中的某些部分,这就是它们经常使用的一计。科学家现在正深入研究,试图找出植物的“自杀”倾向与它们秋天落叶的能力有着怎样的联系。令人惊讶的是,植物和动物一样也有化学武器形式的免疫系统,用来对抗像真菌感染的影响。
  造“防晒霜” 防御B类紫外线
  B类紫外线是太阳光线中最强烈的部分,终日暴晒会对人类和植物造成很大的伤害。B类紫外线的辐射会造成细胞内的蛋白和DNA损伤,致使植物生长缓慢和死亡。植物不同于人类,它们生长在野外,无法逃避,不穿防护服,没抹防晒霜,它们是如何应对B类紫外线的辐射而保护自己不被晒伤呢?
  英国格拉斯哥研究人员通过15年的研究,揭开了其中的秘密。他们发现植物为了在B类紫外线的辐射下生存下去,进化出了一些强有力的适应性防御机制。其中UVR8的紫外线传感蛋白主导的一系列复杂的保护性反应,能在叶子里面制造自己的“防晒霜”。UVR8这种光探测蛋白质起到“光感受器”的作用,当它检测出B类紫外线的存在时,便会开始一种保护叶子的化学反应,植物能利用它检测出日光光谱的特定区域。
  包括人类在内的脊椎动物拥有产生视力的“光感受器”,而植物则利用它的“光感受器”指挥自身朝着光源生长和开花。研究人员确认,UVR8是一种全新的“光感受器”。蛋白质使用“色氨酸氨基酸”这种特定的化学物质检测B类紫外线。结果表明,这些氨基酸检测B类紫外线非常有效。
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