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
本週釋出的一則新聞報道稱，新的研究表明植物“可以思考和記憶”。
英國廣播公司新聞網寫道，植物可以“像我們自己的神經系統一樣，以非常相似的方式將資訊從一片葉子傳輸到另一片葉子”。文章繼續斷言，植物會記住資訊，並利用“光線中加密的資訊來免疫季節性病原體”。
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植物不會思考或記憶。這些借用的術語不能準確描述植物的功能。然而，像大多數生物一樣，植物可以感知周圍的世界，處理來自環境的資訊，並透過改變它們的生長和發育來響應這些資訊。事實上，植物對環境變化的反應方式會讓許多人感到驚訝地精密複雜，儘管植物學家幾個世紀以來就已知曉這些能力。
華盛頓大學的植物學家伊麗莎白·範·沃爾肯堡說：“人們常犯的一個大錯誤是說話時好像植物‘知道’自己在做什麼。” “生物學教師、研究人員、學生和普通人都犯同樣的錯誤。我寧願說植物感知並做出反應，而不是植物‘知道’。用‘智力’或‘思考’這樣的詞來形容植物是錯誤的。有時這樣做很有趣，有點挑釁性。但這只是錯誤的。很容易犯這樣的錯誤，即從另一個領域借用一個詞並將其應用於植物。”
英國廣播公司新聞網的報道是基於一項研究，該研究即將發表在《植物細胞》雜誌上。波蘭華沙生命科學大學的共同作者斯坦尼斯瓦夫·卡爾平斯基最近在捷克共和國布拉格舉行的實驗生物學學會年會上介紹了他的研究。
報道稱，根據這項研究，用光刺激一片葉子細胞會在整個植物中產生一系列電化學事件，這些事件透過稱為束鞘細胞的特殊細胞進行傳遞，就像電脈衝沿著動物神經系統中的神經細胞傳播一樣。研究人員發現，即使在黑暗中，這些反應也會持續幾個小時，他們將此解釋為一種記憶。
這就像說因為池塘表面被鵝卵石擊中後會繼續起漣漪，所以水是在“記住”某些東西。這個類比不太恰當。但植物確實會產生電訊號，而這些訊號對光的反應功能才是這項新研究的真正重點——這是對植物電訊號研究不斷增長的貢獻的最新成果。
雖然植物沒有神經，但植物細胞能夠產生稱為動作電位的電脈衝，就像動物的神經細胞一樣。事實上，所有生物細胞都是帶電的。
細胞使用膜來保持其內部與外部的分離。一些非常小的分子可以滲透到膜中，但大多數分子必須透過膜內的孔或通道。離子族是一類遷徙分子：帶電粒子，如鈉、鉀、氯和鈣。
每當不同濃度的離子在細胞膜的相對兩側積聚時，就會存在電流的潛力。細胞利用嵌入細胞膜中的蛋白質通道和泵來管理這種電勢——這些門衛調節帶電粒子跨細胞膜的流動。離子進出細胞的受控流動構成了植物和動物的電訊號傳導。
阿拉巴馬州奧克伍德大學的植物生理學家亞歷山大·沃爾科夫解釋說：“在任何細胞中，你都有一個膜。” “膜的兩側都有不同濃度的離子，這會產生電勢。無論是動物細胞還是植物細胞都無關緊要——這是普通的化學原理。”
由於某些型別的植物細胞與神經細胞有一些共同特徵——它們排列成管狀束，它們的膜中含有離子通道——一些植物學家認為植物沿著這些細胞的連線網路傳播動作電位，類似於動物神經系統中的訊號傳導。但大多數植物學家都同意，植物沒有專門為長距離快速電訊號傳導而進化的細胞網路，就像大多數動物一樣。植物根本沒有真正的神經系統。
因此，如果植物不像動物那樣在神經系統中使用電訊號，那麼它們產生的電脈衝有什麼作用呢？在大多數情況下，植物生物學家並不知道。“我們對植物電訊號的瞭解與我們對動物電訊號的瞭解一樣久，”範·沃爾肯堡說。“但在大多數植物中，這些訊號的用途仍然是一個懸而未決的問題。”這個謎團的顯著例外是那些依賴電訊號進行快速運動的植物，例如肉食性的捕蠅草或含羞草——一種葉子在被觸碰時會摺疊起來以阻止食草動物的植物（見下方影片）。
近年來，一些研究表明，植物中的電訊號傳導會改變和調節植物細胞中的各種生物過程。一些植物學家認為，電訊號不僅為奇異的捕蠅草的捕捉陷阱提供動力——它們對於你草坪上生長的草也同樣重要。測量植物中的電脈衝很容易，但將它們與特定的植物功能聯絡起來則困難得多，植物生物學界遠未就大多數植物如何使用這些脈衝達成共識。
卡爾平斯基的新研究試圖將光啟用的電活動與植物的免疫防禦聯絡起來。在這項新研究中，研究人員在將植物暴露於強劑量的藍色、紅色或白色光照前一小時或後一小時、八小時或二十四小時，用細菌病原體感染了擬南芥（鼠耳芥）的葉子。光照前處理的植物產生了抗性，但未經過任何預先光照而感染的植物則沒有表現出抗性。
卡爾平斯基解釋說，當暴露在強光下時，植物吸收的能量超過了它們光合作用所能使用的能量——但他不認為植物會浪費這種過剩的能量。卡爾平斯基說，植物將能量轉化為熱能和電化學活動，這些活動隨後可以觸發生物過程，如免疫防禦。“似乎植物僅使用其光吸收系統就可以提高對病原體的抵抗力，”卡爾平斯基說。“我們發現電化學訊號傳導正在調節這一過程。植物中的電訊號傳導從達爾文時代就已為人所知——這並不新鮮。但尚未描述的是光可以誘導動作電位。我們發現藍色、白色和紅色光存在不同的訊號傳導。如果植物可以對不同波長的光發出不同的訊號，那麼植物也可以看到顏色。”
卡爾平斯基認為，當不同波長的光照射到植物葉子上時，植物會產生不同的電脈衝，並且植物利用這些脈衝以某種方式調節其免疫防禦。他甚至推測植物可以利用這種能力來對抗季節性病原體。但這種機制究竟如何運作尚不清楚。
電訊號傳導在大多數植物中的作用仍然很大程度上是神秘且無法解釋的——當然也不足以證明植物可以“思考和記憶”的說法。但是，有很多有據可查的例子表明，植物以複雜的方式改變自身的生長以響應環境變化。
想想這個事實，即使你把植物側放，根總是朝著重力方向生長，而芽總是朝著光線方向生長。生物學家已經研究出，這些分別稱為向地性和向光性的過程，依賴於改變植物組織中細胞生長速率的激素：如果根或芽的一側比另一側生長得更快，它就會彎曲。攀緣植物，如藤蔓和蔓生植物，使用類似的機制來響應觸控，纏繞和捲曲在它們接觸到的第一根杆子、牆壁或樹枝上。
植物還會處理來自環境的資訊，並根據這些資訊改變它們的生長。“有些植物在白天變短時開花，而另一些植物在白天變長時開花。它們透過對每天和每夜的長度進行列表式反應來‘知道’白天正在變長或變短，”範·沃爾肯堡說。“這種工作方式是基於植物的晝夜節律。人們沒有意識到植物也像動物一樣有晝夜節律。植物有各種基於其晝夜節律的運動。”
幼小的向日葵和其他幼小植物的花冠和葉子可以追蹤太陽從東到西的弧線——這種現象被稱為向日性，它確保在關鍵的生長時期獲得最大的光照。還有更多令人驚訝的植物響應環境變化的例子。想想電報草：一種奇特的亞洲灌木，它有微小的衛星葉片，不斷旋轉以監測其環境中的光線。衛星葉片的樞軸非常可靠和迅速，以至於你實際上可以即時觀察到它們的移動（見下方影片）。它們永恆的舞蹈追蹤著一天中光線的移動，調整主要葉片的位置以儘可能多地吸收光線。
有了如此令人驚訝的植物處理資訊和適應環境的能力的例子，就沒有必要試圖賦予植物它們並不真正擁有且不需要的智力、思想、記憶或其他認知能力。它們已經足夠聰明瞭。
葉子圖片由維基共享資源提供
