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为什麽树木是向上生长?这些植物学家这样一步
作者:the weeknd 日期:2017-09-10 17:09 人气:
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现在的科学已经能够解释「为什麽植物会往上生长」,而且这些解释是清楚的、可行的,也能够被重复证明的。

为什麽树会向上生长呢?

有些树种真的能一直往上生长,不断地延伸。在皇家植物园的一个角落里,也就是在报导中那个世界最大的堆肥区附近,有个看起来令人晕眩、相当壮观的天空步道。顺着阶梯往上攀爬到顶端,是一个由金属网与钢柱做成的巨大蜘蛛网,它那宛如秋日般柔和的红,是经过特别设计锈铸而成。到了顶端,你会发现你已身处在皇家植物园中最棒的一些树冠层中,像是甜栗(sweet chestnuts),莱姆(limes)和橡树(oaks)等等。

这些树木都在工作着。它们欢畅地将枝叶伸展而出,向着地球上所有生命赖以为生的最重要的能源汲取能量──也就是太阳。然而直至最近,科学家们才真正了解它们是如何吸收能量的。而那个让它们长高的关键,正是他们身上的绿色。

该关键是一种叫叶绿素(chlorophyll)的生物分子,它是植物体从光源中吸收能量的因子(同时也是植物呈现绿色的原因)。叶绿素这个名词是在西元一八一○年左右发明的,是由两个希腊字衍生而来:「chloros」指的是浅绿色,「phyllon」是叶子的意思。一九一五年,恰好在一个世纪之後,获颁诺贝尔奖的里夏德.维尔施泰特(Richard Willst?tter),就是因为提出叶绿素的作用机制与功能而获奖(也是第一个颁给植物学的诺贝尔奖)。

植物从天空与土地吸取养分。其营养与水分由根部吸收,其食物则在叶子生成。植物利用从阳光吸收的能量以及从空气吸收的水与二氧化碳,在叶子里合成葡萄糖及淀粉,并排出生产过程中的废物副产物──氧气到大气中。这个过程就是所谓的「光合作用」。

这是一个简单却重要的作用,是地球上所有环环相扣的生命当中,最不可或缺的一个齿轮。随着它的神秘面纱被揭开,许多科学上的未解之谜都得以找出头绪,包含环绕在我们四周的空气组成成分为何,还有植物、甚至於包含我们人类在内的地球万物如何赖以为生的问题等等。它也为二十世纪的植物化学奠定了基础。

古希腊人认为,植物是从土壤中吸取养分的。如同他们的其他许多见解,这些古典思维都在文艺复兴时期被重新检视。十七世纪时,约翰.芮(John Ray)曾对自己提问:植物如何对抗地心引力,将水分往上输送。他因此发展出了毛细运动理论的雏型。另外一位自然学家史蒂芬.海尔(Stephen Hales)(他白天的工作是特丁顿的教会牧师,并在闲暇时间进行植物研究),则认为树的汁液就像是动物的血液一般,他设计了实验来探讨这个问题。非常关键的是,海尔对植物如何利用水分的问题越来越感兴趣,他也是第一位对叶子的蒸散作用进行测量的研究人员。对於要了解植物体内的吸收机制,这真是一个至关重大的时刻。

至此,球场已经整好地了。该是重点选手约瑟夫.普利斯特里(Joseph Priestley)上场的时候了。

普利斯特里是他那时代的一个典范人物。他是混合了英国思想家与梦想家的综合体,对宗教极度狂热,是政治激进分子与启蒙主义者,同时也有着强烈的叛逆个性与广泛的知识。他的着作涵盖了文法、电学、功利主义哲学,以及唯一神论的神学等等。他热衷於法国大革命,然而当他的住家被暴民烧毁、故逃到美国宾夕法尼亚州的乡下时,他仍不畏艰难地创立了一个新的团契,奉献给上帝与他的信仰。

如我们所知,很多历史上的科学界先驱,他们同时也都是神学的专研者。普利斯特里是一位异议教派的牧师(也就是非属英国教会)。他十五岁的时候因故而几乎丧命,存活下来後,留下给他的除了终身口吃的毛病,就是对宗教信仰与教义探索的全心迷恋。与他一起生活的姑姑总想培养他当上牧师(他四岁时已能背诵一○七个教义的问答),但是疾病让他的学业得不时中断,於是他尽可能地利用各种学习形式与阅读来充实自己,包括了哲学、形而上学,以及其他外语(法语、义大利语、德语、迦勒底语、叙利亚方言和阿拉伯语)。

普利斯特里在植物科学上的主要贡献是,他认为环绕於我们四周的空气是由不同的「气体」所组成的。这些不同的空气仅是同一种东西的不同状态,而不是截然不同的气体。这样的想法也牵引他进行了一连串的实验,来研究这些不同状态是如何存在,以及何时存在并进行交互作用,这为往後的植物化学与生物反应提供了一项极重要的资讯。

按照他的分类系统,他说明这些不同种类气体的特色,其中最有名的就是「脱燃素气体」,也就是之後所称的氧气。他证明这种气体可让老鼠之类的动物得以呼吸,而那些被火焰「伤害」过後的气体,则无法有此作用。但他同时也发现到,这些被「伤害」过的气体,可以经由植物(比如他实验用的薄荷)的叶子来复原,并去除空气中的有害「燃素」。

如同以往,其他的科学家们前仆後继地延续普利斯特里的实验,并将其推展到其他方向。例如後来的法国人安东万.拉瓦节(Antoine Lavoisier)证明了,普利斯特里所指的「脱燃素气体」,其实并不是空气中某种东西被移除之後的气体,而是一种完全不同的元素。之後他将此气体命名为「氧气」,为我们对化学的理解带来了革命性的新进展。而荷兰布雷达的杨.英格豪茨(Jan Ingenhousz),他的实验则将植物与空气的关系做了更进一步的紧密连结。在其着作《蔬菜的实验》(Experiments upon Vegetables)中,他观察植物在白昼时段的呼吸,发现仅有叶子的绿色部分才参予此期间内的呼吸作用。最後,瑞士化学家尼古拉西奥多德.索苏尔(Nicolas-Théodore de Saussure)则完成了所有精确的测量。

现在的科学已经能够解释「为什麽植物会往上生长」,而且这些解释是清楚的、可行的,也能够被重复证明的。

本文经授权转载自商周出版《英国皇家植物园巡礼:走进帝国的知识宝库,一探近代植物学的缩影》(原标题:向光生长)

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