本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
來自布羅克豪斯和葉夫龍百科詞典。圖片來源：維基共享資源
當雪崩從山上傾瀉而下時，有時會開始一項具有啟發意義的（即使是無意的）植物學實驗。儘管路徑上的樹木常常被憤怒的積雪連根拔起，並被隨意地堆積在山下，但偶爾，傾倒的樹木會牢牢地抓住地面。這些部分傾倒的樹木的一些根會斷裂並因暴露而死亡。但有些根仍然紮根在土壤中。樹木得以存活並繼續其生命活動，儘管是以一種非常不像樹木的俯臥姿勢。幾乎立刻，一些有趣的事情發生了。
傾倒的樹木會艱難地轉彎，並開始再次垂直生長。如果你在多年後的森林中遇到這樣一棵樹，它看起來就像是一棵幼苗時，它決定加入一場叛逆的樹木反文化運動，然後在青年時期突然意識到，它最好認真地長高並結出球果。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
當然，這意味著樹木可以感知重力。而且，事實證明，所有植物都可以。你可能從未想過植物可能擁有這種神奇的能力，但它們確實有。如果把盆栽番茄植物側放，它會像松樹一樣做出相同的反應。如果倒置（並紮根在不會因重力而落在你鞋子上的盆栽介質中），植物會做出U型轉彎。
這是一個名為彩葉草的流行室內植物的延時示例。
更令人驚奇的是，重新定向的根尖——它們永遠見不到陽光，並且受到土壤的物理約束——也會突然改變方向，並再次開始向地核生長。
你可能僅僅透過觀察陡坡上生長的樹木就能推斷出植物可以感知重力。它們不是垂直於土壤生長。它們是垂直於天空生長。
科學家們為這種現象起了一個名字：向地性。他們缺乏的是對其工作原理的完整解釋。一個一生都待在一個地方的生物如何知道自己被推翻了，一旦確定了這一點，它又如何知道哪個方向是新的“向上”？一旦它知道哪個方向是“向上”，它又是如何進行那個艱難的右轉彎的？
你對這個主題的任何想法都必須容納這個驚人的事實：如果你把一株植物側向安裝在一臺像烤肉串一樣旋轉它的機器上，植物將*不會*向太空硬轉彎。相反，它將繼續水平生長，就好像它根本沒有感知重力的能力一樣。
科學家們長期以來一直在研究這個問題，他們相當有信心他們知道第一個問題的答案：植物如何知道哪個方向是“向上”。
本質上，植物感知重力的方式就像雪球一樣。它們不使用假雪，而是使用稱為重力澱粉粒的顆粒。在針葉樹和開花植物中，重力澱粉粒是稱為澱粉體的食物儲存容器。植物合成並儲存澱粉（葡萄糖的聚合物，植物在綠色部分從光、水和二氧化碳中製造葡萄糖）在這些顆粒中。在普通豆的澱粉體內部，澱粉顆粒類似於塞進氣球的各種尺寸的棉球。雖然澱粉體通常是白色的，但這個胡蘿蔔根中的澱粉體似乎是有色素的——也許它們被染色了
在正常情況下，澱粉體除了位於根冠中央柱（柱狀細胞）和靠近運輸水和糖的維管束的芽中的特殊重力感應細胞底部之外，什麼也不做。當植物被撞倒時，澱粉體會從最近的細胞底部滑到以前垂直的壁上，如上圖所示。
這就是事情變得模糊的地方。不知何故，這種運動被感知並傳遞到在根和芽的新下側分泌生長調節植物激素生長素的細胞。這種激素在這兩個位置具有相反的作用，在根的下側引發生長抑制，在芽的下側引發生長增強。結果，根向地面偏轉；芽向天空偏轉。一旦根或芽重新定向，澱粉體就會滑落到它們原來的位置，生長素平衡就會恢復。
關於高等植物感知重力的方式，特別令人著迷的是，其大致機制與我們自身沒有太大不同。植物和動物獨立地產生了解決共同問題的類似方案。這被稱為趨同進化，它在地球上經常發生。
在你內耳的前庭內有兩個腔室，稱為橢圓囊和球囊。襯裡的細胞上佈滿了感覺毛。而這些毛又嵌入凝膠狀粘液中。而多面碳酸鈣晶體，稱為耳石，則位於粘液的頂部。
耳石，就像澱粉體一樣，會移動。當你向前傾斜時，它們會滑動，將粘液和毛髮向下拉，你可以在這裡看到。毛髮的拉力會觸發訊號傳遞到你的大腦，大腦會對其進行適當的解釋。再次，沉澱顆粒是重力感測器。
但在植物中，感測器和效應器並沒有透過一個方便的大腦連線起來。事實上，它們是如何連線的特別令人困惑，因為感應和物理反應通常相隔相當遠的距離
距離可以延伸到幾毫米。你可以在這裡看到問題。
科學家們完全不確定澱粉體產生的訊號是如何到達產生生長素的細胞的。最近發表在《美國植物學雜誌》上的一篇綜述文章，由 Elison Blancaflor 撰寫，重點介紹了提供了一些線索的實驗，這些線索表明植物如何將下落的澱粉體轉化為轉向的末端。
早期的理論側重於肌動蛋白——細胞骨架的一部分，它構建稱為微絲的細纖維——因為這些纖維支撐和探測細胞的所有部分，並且經常傳遞資訊。如果澱粉體突然移動，細胞骨架似乎處於注意到的有利位置。
最初，科學家們認為肌動蛋白可能直接感知和傳遞下落的重力澱粉粒的力。但在仔細檢查後，出現了一個問題：在根中，破壞肌動蛋白微絲的化學物質增強了——而不是減弱了——植物的重力感知。而在其他實驗中，適當根細胞中缺乏完全發育的細胞骨架也沒有抑制重力感知。如果肌動蛋白直接感知澱粉體的運動，這怎麼可能呢？
如果肌動蛋白抑制重力感知，它仍然可能參與調節重力感知，而改變肌動蛋白對重力感知有影響這一事實表明了這一點。《植物學雜誌》中回顧的實驗表明，肌動蛋白微絲可能形成一個篩狀網路，調節澱粉體移動的容易程度。如果它們與澱粉體結合或幫助將澱粉體從細胞底部抬起，它們也可能調節重力感知，因為澱粉體壓在其基質上的力度似乎與重力反應的強度相關。
然而奇怪的是，對一種稱為輪藻的藻類進行的實驗表明，至少在這種植物中，重力澱粉粒的實際重量不是細胞用來衡量重力的東西。
在輪藻中，重力感知和生長反應都發生在植物根狀結構的同一細胞中。輪藻使用第三種重顆粒來感知重力：充滿高密度化學物質硫酸鋇的囊泡。一位對輪藻如何感知重力感興趣的人決定讓一些輪藻乘坐嘔吐彗星——一種在宇航員學員和史蒂芬·霍金中流行的飛機，它以高振幅波浪飛行，在下降時產生失重體驗。
他們發現，當功能上失重時，只要重力澱粉粒仍然與細胞的質膜物理接觸，重力感知在輪藻中仍然有效。研究人員認為，是與膜的物理接觸，而不是重力澱粉粒的重量產生的壓力，觸發了重力感知。澱粉體表面可能表達一種蛋白質，該蛋白質與細胞底部的受體結合。澱粉體向下壓在膜上的力度越大，與受體接觸的蛋白質就越多，重力感知就越強。顯然，關於植物如何將澱粉體的重力訊號傳遞到遠處產生生長素的細胞，我們還有很多東西要學習。
現在讓我們回到我們關於烤肉串上的植物的難題。你現在可能理解為什麼植物表現得好像它不知道上下：當植物緩慢旋轉時，澱粉體也隨之旋轉，就像滾筒拋光機中的石頭一樣。結果是不斷變化的生長方向訊號，因為它們依次刺激細胞的所有側面。這些全方位向量的總和為零。對於植物來說，資訊很明確：全速前進。