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【植物】植物的睡眠


                 植物的睡眠運動

  人要睡眠,動物要睡眠,然而植物也要睡眠。人會思考會活動,動物也許思考得沒有
那麼多,按本能行事。偏偏植物並沒有消耗能量於活動中,只在生長與代謝繁殖中,那為
何植物也需要睡眠?

  「植物也會睡覺的啦!」達爾文望著那堆植物,如此說道。

  100多年前,著名的生物學家達爾文在研究植物生長時,發現一個特別的現象。在對
於69種植物的長期觀察下,發現沒有縮合行為的植物葉片,因為在早晨累積的露水,而顯
得不容易移動,不容易移動的葉片就容易產生碰撞與受傷。

  「如果晚上有合起來葉子,就可以讓露水自然掉落了。」

  他再一次用人為的方式固定所有葉子,也發現有相同的結果。

  「也許葉子在晚上縮合,排去露水,是個保護自己的方式。」

  可惜他的證據有點缺乏,而且當時沒有人注意。他的說法,於1880年,把這些關於植
物睡眠的想法,寫於《The Power of Movement in Plants》一書中。而直到近二十年間
,許多科學家才開始研究植物的睡眠運動。

  可是最早發現睡眠運動的,並不是達爾文,更早以前,就有科學家對於含羞草進行實
驗。德國生物學家德梅蘭在各種光線的洞穴中,放入含羞草,發現了含羞草會因為光線而
閉合。

  光線?

 「我說,有了光,含羞草就開放。沒有光,含羞草就閉合。」by 德梅蘭

  先不論植物睡眠運動的原因是不是光線。我們來看看植物睡眠週期的真正歷史。

  前面兩個人,都只是做出實驗罷了,但是第一個把這種生物現象用於園藝與情趣之中
的,卻是瑞典博物學者林奈。

  「我在46種的花中,分成三組,其中有一組中在花盆中。」林奈先生在把一堆又一堆
的盆栽,進行分類。

  「第一組,我暫時稱為『大氣花』,他們的開放隨著大氣變化改變。例如風的強度、
大氣溫度與濕度……」

  「第二組,我暫時稱為『熱帶花』,會因為光照的時間不同而改變。」
  「第三組,可就有趣了,你看看……」

  林奈在書桌上,擺著許多的盆栽。圍成一圈,環繞成一排。

  「this is The Colock Of  Flower!」

  當然林奈不是英國人,是瑞典人,不會講出上面那一句話的。不過這就是會隨著時間
而依序開放的「花鐘」。

  十三種花依序如下,對應二十四小時:

          06:00 龍葵花    19:00 絲瓜花
          07:00 芍藥花    20:00 夜來香
          10:00 半枝蓮    21:00 曇花
          12:00 鵝腸菜    02:00 蛇床花
          15:00 萬壽菊    04:00 牽牛花
          17:00 紫茉莉    05:00 野薔薇
          18:00 煙草花

  除此之外,有些花也因為在特定時間開放,而相當出名。例如在歐洲地區,蒲公英常
常在五點開放,因此被美名為「牧人鐘」數個世紀。每個國家會因為氣候不同,以及適合
種植的花卉不同,會有不同的花鐘。

  在歐美國家,以斑紋貓耳的6點開始,依序為7點的金盞花、8點的鼠耳紫苑、9時多刺
苦菜、時點的乳頭狀草、有著11點公主之稱的伯利恆之星、正午開放的受難花。之後是花
朵的閉合:石竹花於13時、深紅紫繁縷在14時、小鳶花在15時閉合、小旋花在16時閉合、
白荷花在17時閉合。而最後是待宵草在18時開放。

  當然在氣候不同與植物種類分佈略有差異的情況下,中國也有中國的一套花鐘。以待
宵草為例,在歐美地區約為下午六點開放,但是在中國日本地區則要到晚上八點開放。花
鐘會因為緯度與地區不同而不同,更不用說是在季節異常、劇烈氣候之中,利用植物的生
理週期來作為花鐘,恐怕只能說有雅趣吧!

  花鐘,是花朵睡眠週期的主要運用。然而除了花之外,葉子也會產生睡眠運動。

  那麼睡眠運動的好處好在哪裡呢?如果一朵花一直開放,容易發生長時間暴露在空氣
中,其花粉容易散失(特別是對於風媒花而言)。如果是藉由蟲體授粉,那麼在特定時間
開放,則可以提高授粉成功率(因為在同一時間開放,昆蟲從A花跳到A花的機率變大。如
果AB兩種花在同一種時間開放,會造成AB兩種花的花蕊上,也有無法授粉的他種花粉,授
粉率相對下降)。

  睡眠運動對於花而言,更造成蟲體的專一性,甚至花朵也會演化出適應昆蟲的型態。
例如某些藉由蜂鳥授粉的花朵,會比較細長且深,可以讓蜂鳥的鳥喙進入,這種花於白天
開放,並且花蜜的分泌也會比較多。又或者是仙人掌與其家族,多半在晚上開放主要適應
乾旱氣候之外,不在白天開花是為了減少水分喪失。而在下午至晚上開放的花朵,主要是
要誘惑蛾類授粉,例如下午開放的花朵,許多都是藉由鱗翅目天蛾科的蛾類來授粉。又例
如晚上開放的花朵,有些種類會產生極為濃厚的香氣,並且為了顯眼,在月光的照應之下
,顯示出更加明顯的白色。

  剛剛我們提到了,部份仙人掌在晚上開花是為了適應乾旱氣候。所以說植物的睡面運
動和避免水分喪失有關?又我剛剛在「花鐘」那一段提到:會因為劇烈氣候影響,這也和
睡眠運動有關?

  此時達爾文又說話了。

  「也許是為了保護葉片不受低溫影響。」

  在低溫之下,附著在葉片上的露珠也容易結霜吧!達爾文先生也許是這樣想的。在某
些植物中,低溫不會造成傷害,但是會使纖維質軟化、組織容易充水,當白天高溫來臨時
,就會造成燒傷。在植物病理學中,最有名的莫過於馬鈴薯。馬鈴薯在低溫中也能夠出芽
,但是在零下攝氏溫度中會變黑、變鬆散、變得軟軟水水,這也是通常家裡的馬鈴薯不會
放在冷凍庫的主因。那會很難吃。

  「葉片的睡眠運動對植物生長極有好處,也許主要是為了保護葉片,抵禦夜晚的寒冷
。」

  當然達爾文的一句話,只是猜測,並沒有作實際的測驗。

  時間來到近代,科學家們開始正視這個問題:植物的睡眠運動。1960年代,許多理論
假說隨之而出

  「月.光.理.論」

  林奈把46種花卉分類。其中第二組「熱帶花」會隨著光線照射長度而決定是否會開放
。這就是後人在高中生物就會熟知的「光週期」。

  提出月光理論的科學家表示:「月光會影響植物的光週期,所以植物在晚上的睡眠運
動,是為了減少月光的照射面積。」

  這個理論算是對了後半部,因為進行睡眠的葉子的確減少曝露面積了。但是這樣子的
目的是想要減少月光的照射嗎?

  在熱帶雨林中,白天因為樹冠層濃密且劇烈的葉片競爭,而使得地面昏昏暗暗。何況
是晚上的月光,要如何透進來呢?許多鮮艷的熱帶花朵,並沒有明顯的光週期,對於他們
而言,每日光線的變化量影響很小。

  植物有光週期的調控目的,在於感應日光的長度或者是感應無光照的長度,來感應季
節(季節不同,白晝的時間也會不同),簡單來說在熱帶地區,季節的特徵很不明顯,光
照長度也不會有太大的變化。對於生長在熱帶植物而言,光週期?不需要!

  月光理論(X)

  熱帶花朵雖然不用光週期,但是也有睡眠運動。

  此時又有科學家發現:植物的睡眠運動和膨壓有關。

  「膨壓?」
  「葉柄基部中一些細胞的膨壓變化引起的。」
  「目的?」
  「減少熱量的散失和水分的蒸發。」

  科學家指出:合歡樹、酢漿草、紅三葉草,這三種植物會進行睡眠運動。

  「特別是合歡樹,會在風大雨大的日子中,把葉子閉合,避免傷害。」

  膨壓,是植物可以立起來的原因。植物有細胞壁,所以有過多水分時細胞會因為細胞
壁的保護,而不至於脹裂。而讓植物細胞「想要脹烈,卻不能脹破的壓力」就是膨壓。一
個東西如果充滿著孔隙與隔間,而液體流入時就會挺起來,動物生殖器官的海綿體是這樣
,植物也是這樣。所以當一個植物缺水時,細胞的水分不足,膨壓缺乏,就會造成植物軟
掉的現象。

  美國科學家恩瑞特開始一系列的實驗。

  「我手上有一根靈敏的溫度探測針。」

  接著他帶我們到庭院,拿著探測針東擺西擺。

  「有閉合的葉子居然比沒有閉合的葉子溫度高了1℃!」

  恩瑞特以可以進行睡眠運的植物,與不能進行睡眠運動的植物反覆做出比較,得到了
這個結果。

  他推測:「微小的溫度差異造成了植物生長速度的不同。能夠進行睡眠運動的植物生
長得更快,這也許是演化後的結果。」

  直到現在,植物的睡眠現象只有個模糊的解釋。因為每個植物都有睡眠現象,但是分
析他們造成睡眠的化學物質,卻不盡相同。科學家把這個調控的因子,分離出來,分為「
安眠物質」與「興奮物質」兩種。通常興奮物質的濃度保持恆定,只有安眠物質濃度會上
下震盪。不過把興奮物質加入植物體內,植物則無法睡眠。

  以一種在台灣街道上就可以常常見到的野草──葉下珠為例。葉下珠的安眠物質是一
種葡萄糖的配糖體,白天時水解,夜晚重新合成,由葉下珠的生物鐘調控。鐵掃帚這種植
物剛好與葉下珠相反,葉下珠的安眠物質是鐵掃帚的興奮物質,而葉下珠的興奮物質則是
鐵掃帚的安眠物質。基因不同,調控睡眠的分子也會不一樣。

  植物如果缺乏睡眠也會早死唷。就像上一段所說「基因不同,調控睡眠的分子也會不
一樣」。其實研發成專一性除草劑也不是不行。仔細想一想,最有名的除草劑「2,4,5-三
氯苯氧乙酸」,就是讓模仿植物生長激素吉貝素的功能,逼迫野草快速生長,使野草產生
「過勞死」的現象,只有大量的運用能量,卻來不及合成所需的能量。同樣的,如果本來
應該要睡眠的植物(合歡、田菁等豆科植物),不讓它睡眠(噴灑興奮物質,或者會破壞
安眠物質的化學物質),植物會枯萎而死的。這將是有機農業的一個潛力發展。

  近年來,科學家還發現植物也會午睡。在靠近中午時,許多植物會自動把氣孔關閉,
並且把葉子微微合起來。關於植物睡眠的研究,還有很多不清楚的地方呢!
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