植物和人類一樣有視覺

儘管植物和動物已經各自獨立演化了數十億年，它們的視覺系統還是有一些相同之處。動物和植物都含有一種叫做「隱花色素[1]」的藍光受體。植物體內的隱花色素不會引起向光效應，但在植物生長調控中，它可以行使其他幾種功能，其一就是控制植物的生理時鐘。

為了生存，植物必須對周遭視覺環境的動態瞭若指掌。為此，它們需要知道光的方向、強度、持續時間和顏色。毫無疑問，植物可以察覺人類可見的（和不可見的）電磁波。我們只能感知波長範圍較窄的一段電磁波，植物卻能感知到波長更短或更長的電磁波。不過，儘管植物能看到的光譜波長範圍比我們能看到的寬廣得多，它們卻看不到圖像。植物沒有神經系統，不能把光訊號轉化為圖像，但能轉化成調控生長的種種指示。

植物可將視覺訊號轉換成生理上可識別的指令

植物沒有眼睛，正如我們沒有葉子[2]。但是我們和植物都能察覺到光。

視覺不僅是察覺電磁波的能力，也是對這些電磁波做出反應的能力。我們視網膜上的視桿細胞和視錐細胞會察覺到光訊號，把訊息傳遞給大腦，然後我們便能對這些訊息做出反應。

植物同樣可以把視覺訊號轉換成生理上可識別的指令。達爾文種下的加拿麗鷸草如果只會用莖頂看到光，是不夠的──它們還得吸收這些光，然後透過某種方式轉換成指令，告訴莖部要彎曲。它們需要對光做出反應。由多種光受體產生的複合訊號可以讓植物在變化的環境中，將其生長調節到最佳狀態，這正如我們的四種光受體可以讓我們的大腦感知到圖像，讓我們能解釋周圍環境的變化，並做出反應。

從一個更寬廣的視角來看，植物光敏素和人類的感紅光視蛋白並不是同一種光受體──雖然它們都吸收紅光，卻是不同的蛋白質，有著不同的化學成分。我們用來作為視覺媒介的光受體，只能在其他動物體內發現；黃水仙用來作為視覺媒介的光受體，則只能在其他植物體內發現。不過，植物和人類的光受體有一個共通點：它們都是由一種蛋白質和一種與之連結、能吸收光線的色素分子所構成。受限於自然條件，光受體要發揮作用，一定要採取這種結構。

隱花色素控制植物的生理時鐘

但是，凡事總有例外。儘管植物和動物已經各自獨立演化了數十億年，它們的視覺系統還是有一些相同之處。動物和植物都含有一種叫做「隱花色素[3]」的藍光受體。植物體內的隱花色素不會引起向光效應，但在植物生長調控中，它可以行使其他幾種功能，其一就是控制植物的生理時鐘。植物跟動物一樣，具有名為「生理時鐘」的內在時鐘，和正常的晝夜週期同步運轉。對人類來說，這種生理時鐘調控了我們生命的各個方面，比如何時感到飢餓，何時需要洗澡，何時筋疲力盡，何時又覺得精力十足。這種每天發生的身體行為變化，叫做「晝夜節律」，因為即使把我們關在完全照不到陽光的封閉房間裡，這些變化仍會大致以二十四小時為週期循環往復。跨越半個地球的飛行會使我們的晝夜節律和晝夜訊號不再同步，也就是時差。晝夜節律可以被光照重新調節，但需要幾天時間，這也可以解釋為什麼待在有光照的室外，會比待在陰暗的飯店房間裡更快把時差調過來。

隱花色素這種藍光受體，主要的功能就是根據光照來重新調節我們的晝夜節律。隱花色素吸收藍光，然後向細胞發出訊號，表示現在是白天。植物同樣也有內在的生理時鐘，可以調控許多生理過程，比如葉片的運動和光合作用。如果透過人為改變植物的晝夜週期，它一樣會有時差反應（雖然不會發脾氣），需要花幾天時間才能重新調整過來。例如，如果正常情況下，植物的葉片在傍晚合攏、在早晨張開，那麼顛倒它的光暗週期，會讓它的葉片在黑暗中（原本是白天的時刻）張開，在光亮中（原本是夜晚的時刻）合攏。但這只是剛開始的情況，葉片的開合在幾天之內就會調整到跟新的光暗週期同步。

正如果蠅和小鼠體內的隱花色素，植物隱花色素的主要功能也是使外界的光訊號和生理時鐘相協調。在「藍光控制晝夜節律」這個現象的基本層面上，植物和人類是用一模一樣的方法「看到」藍光的。隱花色素的功能居然如此恆定地保留下來，乍看令人吃驚，但若從演化的視角來看就不奇怪了。

早在動物界和植物界分道揚鑣之前，單細胞生物就已經演化出晝夜節律。這種原始的晝夜節律，其功能很可能是為了保護細胞免受高強度紫外線輻射的傷害。當這種早期的生理時鐘運行時，隱花色素的古老祖先監視著細胞周圍的光環境，把細胞分裂調整到夜間進行。直到今天，在包括細菌和真菌在內的大多數單細胞生物中，仍可以發現這種相對簡單的生理時鐘。後來，以這種所有生物都共同具備的光受體為起點，生物的光感繼續演化，便在植物和動物體內形成彼此有別、各具特色的兩套視覺系統。

不過，也許更令人驚奇的是，植物還能聞到氣味……(本文轉載自《植物的感官世界》)

【說說書】

我們的生存完全依賴植物

文：丹尼爾．查莫維茨(Daniel Chamovitz)

全世界的人怎能不對植物懷有興趣呢？畢竟，我們的生存完全依賴植物。而且，植物一直在激發我們的情緒，讓我們吃驚：碩大的巨杉是地球上最大的獨立的單一生物體，一些藻類卻躋身最小的生物之列，而玫瑰毫無疑問能讓所有人微笑。

過去，在植物感覺上的關注有很大部分具有偽科學特性，因此遭到受過嚴肅訓練的科學家連聲痛斥；然而，對於現在的科學共同體和大眾媒體來說，這都是過去的事情了。儘管現在存在國家孤立主義，但令人鼓舞的是，「植物如何對環境做出反應」這個問題在全球激起的興趣也與日俱增。《植物的感官世界》在北京、慕尼黑、舊金山和首爾都成了暢銷書，充分說明理解我們這些綠色鄰居實在是普世的願望。

植物如何用光來調節發育

是啊，全世界的人怎能不對植物懷有興趣呢？畢竟，我們的生存完全依賴植物。在以緬因州森林的木材建造的房屋裡，我們醒來，倒一杯巴西咖啡豆所沖泡出來的咖啡，套上由埃及棉花製成的T恤，在用塔斯馬尼亞種植的桉樹製造的紙上列印報告，用汽車把孩子們載到學校──而這汽車的輪胎由非洲的橡膠製作，使用的燃料則是汽油，也是由億萬年前死去的蘇鐵植物轉變而成。從植物中提取的化學物質可以退燒（想想阿斯匹靈）或治療癌症（紫杉醇）。小麥引發了一個時代的結束和另一個時代的開始，而卑賤的馬鈴薯引發了大規模移民。而且，植物一直在激發我們的情緒，讓我們吃驚：碩大的巨杉是地球上最大的獨立的單一生物體，一些藻類卻躋身最小的生物之列，而玫瑰毫無疑問能讓所有人微笑。

一九九○年代，在我還是一個耶魯大學的年輕博士後研究員時，我就開始對植物和人類感覺的相似處懷有興趣。我本來很想研究一種植物特有、和人類生理無關的生物學過程（我家出了六名博士，全都是外科醫師，這大概是我對這個成長環境做出的反應）。於是，植物如何用光來調節發育這個問題就深深吸引了我。在研究中，我發現了一組獨特的基因，為植物在判斷周邊是光亮還是黑暗時所必需。後來我又獲得一個完全在研究計畫之外的發現：在人類DNA中，也能找到同樣的一組基因。這讓我大為驚異。由此就引出一個顯而易見的問題：這些表面上是「植物特有」的基因，在人體內有何作用？多年之後，透過大量研究，我們現在知道，這些基因不只在植物和動物體內都存在，而且都用來（在其他發育過程中）調節對光的反應！

這讓我意識到，植物和動物之間的基因差異，並不像我原來想的那麼大。當我的研究課題從「植物對光的反應」演化為「果蠅的白血病」時，我開始探索植物生理和人類生理的相似之處。我發現，即便沒有一株植物知道如何說出「西摩爾，餵我！」但的確有很多植物「知道」不少東西。

植物是比很多動物都更複雜的生命

實際上，那些在你家後院就能找到的花草樹木，都具備極為精密的感覺系統，只是你沒去留意而已。大多數動物能夠選擇環境，在風暴中尋找掩蔽之處，尋覓食物和配偶，或是隨季節變化而遷徙；然而植物不能運動，無法移向更好的環境，它們必須有能力抵擋和適應持續變化的天氣、不斷霸占自己領地的鄰居，以及大舉入侵的害蟲。因此，植物演化出了複雜的感覺和調控系統，這使它們可以隨著外界條件的不斷變化而調節自己的生長。榆樹必須知道它的鄰居是不是遮住了它的陽光，這樣它才能想辦法朝向有陽光的地方生長。萵苣必須知道是不是正有貪婪的蚜蟲打算把它吃光，這樣它才能製造有毒的化學物質來殺死害蟲，保護自己。花旗松必須知道它的枝條是不是正在被猛烈的風撼動，這樣它才能讓樹幹長得更強壯一些。櫻花樹則必須知道什麼時候開花。

從基因層面來看，植物是比很多動物都更複雜的生命。在整個生物學領域，那些最重要的發現中，就有一些是透過研究植物而獲得的。羅伯．虎克在一六六五年使用他製造的原始顯微鏡研究木栓時，第一次發現了細胞。在十九世紀，葛利格．孟德爾用豌豆得出了現代遺傳學定律。二十世紀中葉，芭芭拉．麥克林托克則用玉米揭示了基因的轉座（跳躍）現象。現在我們知道，這些「跳躍基因」是所有DNA的特徵，而且和人類癌症密切相關。還有，我們都知道達爾文是現代演化論之父，而他的某些重要發現，就屬於植物生物學這個專門領域，其中有不少發現會在本書中加以介紹。

植物無腦，卻不時進行交換

顯而易見，我對「知道」這個詞的用法不合傳統。植物並沒有中樞神經系統；任何一株植物都沒有腦，不能協調來自它全身的訊息。然而，植物的各個部位仍有著緊密的連結；與光、空氣中的化學物質及溫度有關的訊息，持續不斷地在根和葉、花和莖之間進行交換，使植物更能適應環境。我們不能把人類行為與植物的活動方式兩者劃上等號，但當你在本書中看到那些通常只用於人類經驗的語詞時，我希望你能理解我的用心。我在探討植物「看到」或「嗅到」什麼時，並不是在聲稱植物有眼睛或鼻子（或是能對外界刺激產生情緒的大腦）。但我相信，這些用語有助於敦促我們以新的方式思考視覺、嗅覺、植物的本質，以及那個終極問題──我們是什麼？

在《植物的感官世界》這本書中，我描述了感覺訊息是如何被感知的，它是怎麼得到處理的，以及對植物來說，這種感覺的生態意義何在。在每一章中，就所討論的感覺，我還同時提供了歷史的和現代的理解視角。

既然知道了植物的用處，為什麼我們不花點時間，多了解一下科學家已經在植物身上取得的發現呢？讓我們開始一段探索之旅，去看看植物內在生命背後的科學吧。首先我們要揭露的是，當植物在你家後院一動也不動地消磨時光時，它們都看到了什麼。(本文轉載自《植物的感官世界》，主標和小標為本刊編輯所加，照片亦為本刊所配，而非原書之照片。)

【作者簡介】

丹尼爾．查莫維茨(Daniel Chamovitz)，以色列植物遺傳學家。美國哥倫比亞大學畢業，後於耶路撒冷希伯來大學取得遺傳學博士學位。現為以色列本古里安大學校長。

曾任以色列特拉維夫大學生命科學學院院長、嗎哪植物生物科學中心主任，並前往耶魯大學及西雅圖「福瑞德．哈金森腫瘤研究中心」擔任訪問學者，也曾在全球的植物園舉行講座。

其研究主題包括植物與果蠅，於國際知名期刊發表多篇相關研究論文。美國國家公共廣播電臺（NPR）、英國廣播公司（BBC）及多家媒體，包含《華爾街日報》、《波士頓環球報》、《紐約客》、《紐約書評》等報章雜誌，皆曾詳細報導其研究工作。

[1] 「隱花色素」（cryptochrome）這個名字，實際上出自魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute）的喬納森．葛雷瑟（Jonathan Gressel），他曾講過的一句饒有趣味的雙關語。葛雷瑟一直在研究「隱花」（cryptogamic）植物對藍光的反應。隱花植物是地衣、苔蘚、蕨類和藻類等植物的統稱（後面我們馬上會知道這個名稱的意義何等重要）。但是，就跟當時所有以其他生物體為對象來研究藍光效應的研究者一樣，葛雷瑟也不知道藍光受體是什麼。

即便人們花了幾十年時間，千方百計想把這種受體分離出來，卻都沒有成功──它彷彿有一種「隱蔽」（cryptic）的本質。葛雷瑟毫不掩飾他愛講雙關語的喜好，建議把這種尚未確定的光受體叫做「隱花色素」。讓他許多同事惱火的是，雖然隱花色素最終在一九九三 年被分離出來，從此不再「隱蔽」，但葛雷瑟取的這個俏皮名字現已成為正式的學術用語。──作者注

[2] 綠藻是形態最原始的植物，它們具有名為「眼點」的胞器，可使藻細胞感知光線在方向和強度上的變化。眼點現已被視為自然界中形態最簡單的眼睛。──作者注

[3] 「隱花色素」（cryptochrome）這個名字，實際上出自魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute）的喬納森．葛雷瑟（Jonathan Gressel），他曾講過的一句饒有趣味的雙關語。葛雷瑟一直在研究「隱花」（cryptogamic）植物對藍光的反應。隱花植物是地衣、苔蘚、蕨類和藻類等植物的統稱（後面我們馬上會知道這個名稱的意義何等重要）。但是，就跟當時所有以其他生物體為對象來研究藍光效應的研究者一樣，葛雷瑟也不知道藍光受體是什麼。

即便人們花了幾十年時間，千方百計想把這種受體分離出來，卻都沒有成功──它彷彿有一種「隱蔽」（cryptic）的本質。葛雷瑟毫不掩飾他愛講雙關語的喜好，建議把這種尚未確定的光受體叫做「隱花色素」。讓他許多同事惱火的是，雖然隱花色素最終在一九九三 年被分離出來，從此不再「隱蔽」，但葛雷瑟取的這個俏皮名字現已成為正式的學術用語。──作者注