大約15年前，植物生態(tài)學(xué)家埃內(nèi)斯托·賈諾利（Ernesto Gianoli）來(lái)到智利南部的一片溫帶雨林里做野外調(diào)查。

這片雨林終年潮濕，苔蘚覆蓋的樹干上纏滿了藤蔓，這是南半球保存最完好的溫帶雨林之一，走在其中就像在參觀一座活著的物種博物館。

智利雨林 | Bj?rn Christian T?rrissen / Wikimedia Commons

賈諾利在一棵樹前停下腳步，感覺這棵樹長(zhǎng)得有點(diǎn)別扭。

他用手撥開附在樹干上的葉片，驚恐地發(fā)現(xiàn)那根所謂的樹干其實(shí)是一根正在向上攀爬的藤，而藤上的葉子，長(zhǎng)得和旁邊那棵樹的葉子一模一樣，不管是大小、形狀、顏色、葉脈走向都一樣，甚至連葉柄的長(zhǎng)度都幾乎一致。

賈諾利開始在雨林里四處搜索同類的植物，卻越搜越不對(duì)勁，他發(fā)現(xiàn)這些藤蔓在不同的植物上，會(huì)變成不同的樣子。

避役藤攀附在其他樹的樹干上 | Cristian Riquelme / Wikimedia Commons

這種藤蔓并不是什么新物種。早在1782年，一位智利博物學(xué)家胡安·伊格納西奧·莫利納（Juan Ignacio Molina）就已經(jīng)記錄過(guò)它，但當(dāng)時(shí)還沒(méi)有給它起現(xiàn)在這個(gè)名字。直到1839年，法國(guó)植物學(xué)家約瑟夫·德卡斯尼（Joseph Decaisne）才正式將其命名為避役藤（Boquila trifoliolata）。

當(dāng)?shù)厝斯芩小皃ilpil”或“voqui blanco”，用它的莖纖維編籃子、搓繩索，還用它的枝葉治病。然而，明明在人類眼皮子底下呆了這么久，此前卻從沒(méi)有人注意到它這一手偽裝的真本事——因?yàn)樗b得太像了。

換一顆樹爬，避役藤的葉子就換了樣子 | scott.zona / Wikimedia Commons

于是，賈諾利和同事費(fèi)爾南多·卡拉斯科-烏拉（Fernando Carrasco-Urra）一起，在這片雨林中系統(tǒng)地追蹤了避役藤，于2014年將發(fā)現(xiàn)發(fā)表于生物學(xué)期刊《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）。

這篇論文立刻在學(xué)界引發(fā)了轟動(dòng)，甚至開啟了一場(chǎng)至今未休的爭(zhēng)論。

不可描述的植物

在避役藤不需要偽裝的時(shí)候，比如在地面上匍匐生長(zhǎng)，或者在一段光禿禿的沒(méi)有葉子的樹干上攀爬時(shí)，它展示的是自己的本來(lái)面目：小巧的三出復(fù)葉，基部緊靠，看起來(lái)有點(diǎn)像一片葉子上開了三個(gè)叉，這也是它的種名“trifoliolata”（三小葉的）的由來(lái)。

避役藤原本的三出復(fù)葉形態(tài) | Biopills

但當(dāng)它攀爬到一棵有葉子的樹上時(shí)，事情就完全不同了。

它的葉子會(huì)開始精準(zhǔn)地模仿它身旁那棵樹的葉子。

賈諾利的論文中記錄到，避役藤可以同時(shí)模仿宿主葉片的至少9種特征：葉片大小、面積、形狀、顏色、朝向、葉柄長(zhǎng)度、葉脈清晰度、葉脈紋路，甚至葉尖是否有刺。

更詭異的是，它能同時(shí)攀爬2種甚至3種不同的宿主植物，而就在同一株避役藤上，不同位置長(zhǎng)出的葉子，竟然各自對(duì)應(yīng)各自的宿主，仿佛它們知道自己的每個(gè)部位爬到了誰(shuí)身上，并相應(yīng)地切換自己的偽裝。

避役藤（V）和宿主植物的葉子（T）對(duì)比 | 參考資料[1]

到目前為止，科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)避役藤可以模仿至少十多種不同的植物，其中既有本地物種也有外來(lái)入侵物種，它幾乎來(lái)者不拒，誰(shuí)在旁邊就模仿誰(shuí)，有時(shí)候葉片面積可以擴(kuò)大到原來(lái)大小的10倍。這種能力在整個(gè)植物界獨(dú)一無(wú)二，讓它成了已知的唯一一種具有“擬態(tài)多態(tài)性”的植物，即同一個(gè)個(gè)體可以同時(shí)模仿多個(gè)截然不同的對(duì)象。

避役藤（V）和宿主植物的葉子（T）對(duì)比 | 參考資料[1]

為什么要這么費(fèi)勁地變形呢？賈諾利給出了一個(gè)合理的解釋：躲避食草動(dòng)物。

藤蔓一般比較脆弱，葉子又嫩又容易啃，是很多食草動(dòng)物鐘愛的食物。但是，如果它的葉子從外表看起來(lái)和周圍的大樹一模一樣，就能騙過(guò)那些專挑軟柿子捏的動(dòng)物，從它們嘴下逃過(guò)一劫。他們的野外數(shù)據(jù)也印證了這一點(diǎn)——攀爬在有葉樹木上并成功擬態(tài)的藤蔓，被啃食的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沒(méi)有偽裝的藤蔓。

但避役藤真正讓人想不明白的，不是它為什么要偽裝，而是它究竟怎么知道該偽裝成什么。

從生物課中我們學(xué)到，一個(gè)生物長(zhǎng)啥樣，主要取決于它的基因。比如松樹葉子是針形的，銀杏葉子是扇形的，但一棵松樹不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)在銀杏邊上，就長(zhǎng)出扇形的葉子。

但避役藤似乎是個(gè)例外，它待在宿主旁邊，就能準(zhǔn)確模仿出對(duì)方的樣子——植物又沒(méi)有眼睛，它們?cè)趺茨苤缹?duì)方長(zhǎng)什么樣呢？

植物如何模仿？

賈諾利和同事在發(fā)表論文時(shí)，提出了兩個(gè)假說(shuō)來(lái)解釋避役藤的能力。

第一種是化學(xué)通訊——避役藤是“聞”出來(lái)的。

許多植物會(huì)向空氣中釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物，比如茉莉酸、水楊酸等。這些化學(xué)物質(zhì)是植物的通訊信號(hào)，比如當(dāng)一棵樹被蟲子咬了，它釋放到空氣中的化學(xué)信號(hào)可以給周圍的其他植物帶來(lái)警示。避役藤是不是聞到了宿主的化學(xué)信號(hào)，然后照著調(diào)節(jié)自己的葉片形態(tài)呢？

但這個(gè)假說(shuō)還是有說(shuō)不通的地方。之前有研究發(fā)現(xiàn)，植物的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)可以觸發(fā)防御基因的表達(dá)，但并沒(méi)有證據(jù)表明，接觸到對(duì)方的化學(xué)信號(hào)，就能知道對(duì)方的葉子長(zhǎng)啥樣，還能照著復(fù)刻。

植物葉子被吃時(shí)可能會(huì)觸發(fā)化學(xué)通訊 | UdayKiran28 / Wikimedia Commons

第二種假說(shuō)更大膽：水平基因轉(zhuǎn)移——避役藤“偷”來(lái)了對(duì)方的基因。

不同物種之間不通過(guò)繁殖，而是直接交換遺傳物質(zhì)，這叫做水平基因轉(zhuǎn)移。他們認(rèn)為，可能是空氣中的微生物充當(dāng)了快遞員的角色，把宿主植物的遺傳信息搬運(yùn)到了避役藤的葉片細(xì)胞中，讓它可以讀取宿主的基因，再調(diào)整自己的外形。

電影《湮滅》里，植物和人的基因融合，長(zhǎng)出了和人一樣的植物｜湮滅

2021年，賈諾利團(tuán)隊(duì)發(fā)表的一項(xiàng)研究支持了這個(gè)假說(shuō)。他們發(fā)現(xiàn)，正在擬態(tài)的避役藤葉片，和宿主葉片的內(nèi)部細(xì)菌群落的相似度遠(yuǎn)高于沒(méi)有擬態(tài)的葉片，也就是說(shuō)，它模仿別人的時(shí)候，體內(nèi)的微生物都跟著變成了對(duì)方的樣子。

可是這個(gè)假說(shuō)也有漏洞。水平基因轉(zhuǎn)移在自然界確實(shí)存在，大多出現(xiàn)在寄生植物中，但這是一個(gè)極其緩慢的過(guò)程，避役藤的擬態(tài)卻在幾周內(nèi)就可能達(dá)到，更何況它并不是寄生植物，不從宿主身上吸取任何營(yíng)養(yǎng)，只是依附在上面而已。

這兩個(gè)假說(shuō)都有道理，又都不能完全解釋避役藤的能力。

當(dāng)科學(xué)界還在這兩個(gè)假說(shuō)之間爭(zhēng)論不休的時(shí)候，一個(gè)更加顛覆性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了——避役藤說(shuō)不定真的能“看見”旁邊的植物長(zhǎng)什么樣，這才完成了外表上的一比一復(fù)刻。

植物真的有眼睛嗎

2021年，雅各布·懷特（Jacob White）和費(fèi)利佩·山下（Felipe Yamashita）發(fā)表了一篇論文，他們做了一個(gè)簡(jiǎn)單但大膽的實(shí)驗(yàn)：把避役藤和一盆塑料假植物放在一起，看看它會(huì)長(zhǎng)成什么樣。

懷特和山下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) | 參考資料[3]

實(shí)驗(yàn)里，4株避役藤并排放在窗邊的花架上，中間放了不透明的隔板。隔板上方放著一盆塑料假植物，長(zhǎng)著細(xì)長(zhǎng)的紡錘形葉子，和避役藤原本的三裂葉完全不一樣；隔板下方的避役藤“看不到”塑料植物，只能“看”到自己的枝葉。如果避役藤的擬態(tài)真的是靠“看”，那只有隔板上方能見到塑料葉的部分會(huì)模仿，下方的不會(huì)。

結(jié)果真的如他們所料：隔板上方能“看”到塑料植物的葉片，慢慢從三裂葉變成了更細(xì)長(zhǎng)的紡錘形，長(zhǎng)寬比明顯升高；下方“看不到”塑料葉的葉片，還是保持著原本的三裂葉形態(tài)。

非擬態(tài)葉子（左）和對(duì)塑料葉形成擬態(tài)的葉子（右）| 參考資料[3]

塑料葉子長(zhǎng)這樣 | 參考資料[3]

一株活的植物，竟然能模仿塑料葉子。

這個(gè)結(jié)果同時(shí)推翻了之前的兩個(gè)主流假說(shuō)——塑料葉子不會(huì)釋放生物性的揮發(fā)性化合物，更沒(méi)有DNA，不可能進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移。懷特和山下認(rèn)為，如果變形藤的擬態(tài)機(jī)制不符合這兩種假說(shuō)，那就有可能是某種類似視覺的、基于光的信息獲取。這篇論文在網(wǎng)上獲得了大量瀏覽，這個(gè)腦洞大開的實(shí)驗(yàn)也讓他倆拿了2024年的搞笑諾貝爾植物學(xué)獎(jiǎng)。

發(fā)現(xiàn)和命名植物單眼的植物學(xué)家戈特利布·哈伯蘭特（Gottlieb Haberlandt）| Wikimedia Commons

他們的話并不是毫無(wú)根據(jù)。早在1905年，一位奧地利植物學(xué)家戈特利布·哈伯蘭特（Gottlieb Haberlandt）在顯微鏡下觀察葉片時(shí)，發(fā)現(xiàn)很多葉片的上表皮細(xì)胞呈凸透鏡狀，就像個(gè)能聚焦光線的微型鏡頭。他把這些細(xì)胞命名為“植物單眼”（plant ocelli）。兩年后，弗朗西斯·達(dá)爾文（就是我們熟悉的那個(gè)提出進(jìn)化論的查爾斯·達(dá)爾文的兒子）發(fā)表了論文支持這個(gè)想法。他們認(rèn)為，這些微型“眼睛”可能讓植物感知光線的方向和強(qiáng)度，從而調(diào)整葉片的朝向，讓光合作用最大化。

甲藻的眼狀體 | 參考資料[4]

在此后的一百多年里，植物單眼這個(gè)假說(shuō)幾乎被遺忘了。直到2015年，一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，視覺似乎遠(yuǎn)比我們想象得更加古老——一些單細(xì)胞的甲藻竟演化出了結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的眼狀體（ocelloid），由線粒體組成“角膜”、由質(zhì)體膜網(wǎng)絡(luò)組成“視網(wǎng)膜”。如果單細(xì)胞生物都能“看見”，那高等植物的葉片細(xì)胞擁有某種原始的圖像感知能力，難道真的那么不可想象嗎？

仍未解開的謎團(tuán)

可惜的是，雖然有了解剖學(xué)證據(jù)的支撐，山下和懷特的實(shí)驗(yàn)也沒(méi)能證明避役藤到底有沒(méi)有視覺。

首先，實(shí)驗(yàn)的光照控制完全不合格。不透明隔板隔開的不止是塑料植物，還有陽(yáng)光，上層葉片接收到的光照強(qiáng)度很可能比下層更高，而強(qiáng)光本身就會(huì)讓植物葉片變得更窄更厚，長(zhǎng)寬比升高本來(lái)就是植物在強(qiáng)光下的正常發(fā)育特征，根本不能證明是“看見”了塑料葉的結(jié)果。

其次，論文的核心論據(jù)是葉片的長(zhǎng)寬比。擬態(tài)葉片的長(zhǎng)寬比確實(shí)向塑料葉子靠近了，但葉片的實(shí)際尺寸卻比塑料葉子小得多，擬態(tài)葉片長(zhǎng)寬比相比非擬態(tài)葉片更高，不過(guò)是因?yàn)樗鼈冋w縮小變窄了，很難斷定真的是因?yàn)閿M態(tài)。如果從葉片大小來(lái)看，反而是那些“沒(méi)看到”塑料葉子的對(duì)照組更接近塑料葉子的實(shí)際尺寸。

作者認(rèn)為一半已經(jīng)出現(xiàn)擬態(tài)，一半還是原樣的葉子 | 參考資料[3]

另外，在實(shí)驗(yàn)中，研究者前后做了兩次測(cè)量，中間隔了半年，第二次測(cè)量時(shí)擬態(tài)葉的面積翻了一倍，形狀也更像塑料葉了，作者把這當(dāng)成植物在“學(xué)習(xí)”的證據(jù)。但這半年正好橫跨了一個(gè)季節(jié)，葉片形態(tài)隨季節(jié)發(fā)生變化，對(duì)植物來(lái)說(shuō)也很正常。

再加上整個(gè)實(shí)驗(yàn)只有4株樣本，至今沒(méi)有任何其他實(shí)驗(yàn)室能重復(fù)出相同的結(jié)果，部分原因是避役藤極難在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，它生長(zhǎng)在智利和阿根廷溫帶雨林特殊的潮濕陰涼環(huán)境中，離開原產(chǎn)地就很難存活。但無(wú)論原因如何，“植物有眼睛”的說(shuō)法，還只是個(gè)非常大膽的猜想。

目前來(lái)看，化學(xué)通訊假說(shuō)無(wú)法解釋塑料葉實(shí)驗(yàn)，基因轉(zhuǎn)移假說(shuō)有微生物組數(shù)據(jù)的支持，但時(shí)間尺度對(duì)不上，視覺假說(shuō)最為大膽，但支撐它的那項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)漏洞百出。也許答案是3種假說(shuō)的某種組合，又或許存在我們尚未想到的第4種機(jī)制。

我們甚至不知道避役藤的本體到底是什么面目。

當(dāng)它獨(dú)自生長(zhǎng)在地面上，那個(gè)三裂葉的形態(tài)就是它卸下偽裝時(shí)的真面目嗎？還是說(shuō)，它只是因?yàn)樯磉厸](méi)有可模仿的對(duì)象，才搭出了一個(gè)臨時(shí)的外殼？

這個(gè)問(wèn)題目前沒(méi)有答案，但如果答案真的存在，它可能代表著一種我們尚未理解的感知方式，讓植物不需要大腦和神經(jīng)系統(tǒng)也能以某種方式“看見”世界。

參考文獻(xiàn)

[1]https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(14)00269-3

[2]https://www.nature.com/articles/s41598-021-02229-8

[3]https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8903786/

[4]https://www.nature.com/articles/nature14593

[5]https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9824129/

[6]https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.1907.tb06045.x

[7]https://www.mdpi.com/2223-7747/12/1/61

作者：貓吞

編輯：翻翻

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