乍看之下,康沃尔锦葵(Lavatera cretica)不过是一株不起眼的杂草罢了。它的桃色花瓣和宽阔扁平的叶子一整天都会追随着日光移动。然而,锦葵在夜间所做的行为,将本不起眼的它,推到了科学家的聚光灯之下。在黎明来临之前的几个小时,它开始行动,将自己的叶子对准预测中太阳会升起的方位。锦葵似乎能记住前几天日出的时间和方位,并以行动确保它在每天早晨能收集到尽量多的光能。
通过在实验室里改变光源位置,科学家们试图迷惑锦葵,而这种植物轻易地掌握了新的光源方向。
一株锦葵可以学到并记住日出的方位,这意味着什么?直到不久前,植物可以有智慧的表现、能学习或者形成记忆的说法还只是边缘观点。记忆被认为是最基础的认知活动,有些理论学家认为,记忆是一个判断生命体能否进行最基本思考活动的充要条件。记忆显然是需要大脑的对吧?植物甚至连虫子们的基本神经系统都没有。
然而,差不多过去十年里,记忆需要大脑的观点被强有力地挑战了。锦葵并不是个例。植物们不仅仅是有机的、被动的自动机器。我们现在知道它们可以感知、整合几十种不同的环境变量信息,并根据这些知识指导自身具有灵活性的、适应性的行为。
植物可以认出亲戚,识别敌人。植物可以辨认出附近的植物是否和它有亲缘关系,从而相应地调整摄食策略。北美水金凤(Impatiens pallida)就是拥有这种策略的植物之一:当它和其他陌生植物生长在一起时,它倾向于将资源留给叶子而不是根——这一策略明显是为了在光能竞争中抢占先机;当它和亲戚在一起生长的时候,这种要求就会消失。
植物还有复杂而具针对性的防御行为——用于应对识别出的特定捕食者。有一种小小的有花植物叫做拟南芥(Arabidopsis thaliana),它能探测到身上毛毛虫咀嚼造成的振动,从而分泌出油和化学物来驱赶昆虫。
植物也与其他生命沟通。植物同样能和另一株植物以及其他生命体进行沟通,比如寄生虫和微生物。它们有多种多样的沟通渠道,其中一种就是菌根网络(mycorrhizal networks)。真菌会将不同植物的根系连接在一起,就像某种地下互联网一样。植物可以学习并运用记忆来进行预测和做出决策。
学习和记忆在植物身上都表现为什么?一个处于争论中心的例子是春化(vernalisation)。某些特定植物在春天开花前必须在寒冷中暴露一阵,这个过程就叫做春化。这个所谓的“冬日记忆”会帮助植物分辨春季与秋季。春季是传粉昆虫(比如蜜蜂)忙碌的季节,而秋季则不是。如果植物在错误的时间开花,在繁衍上会产生灾难性的后果。
在生物学家们最喜爱的实验植物——拟南芥里,有一个叫做FLC的基因可以产出一种让它的小白花不开放的化学物质。然而,当这种植物暴露在漫长的冬天里时,其他基因的某些副产品使其能够测量出已经冷了多久。然后随着寒冷的持续,拟南芥会在越来越多的细胞中停止表达或抑制FLC。当春天到来,白昼日益增长,经历过寒冷,FLC含量已经降低的拟南芥,就可以开花了。但这真的算记忆吗?
研究“表观遗传记忆”的植物学家们会第一个承认这与认知学家研究的东西有根本上的区别。
植物记得。在最近的一次电台采访中,行为生态学家莫尼卡•加利亚诺(Monica Gagliano)如此说道,“它们清楚知道发生了什么。”加利亚诺是西澳大学的研究人员,她使用为动物开发的行为学习技术来研究植物。她解释说,植物给出的实验结果如果换在别的生物上,能让我们相信那个生物在学习和记忆,那么我们就应该对植物得出同样的结论:植物拥有认知能力。
一种被广泛研究的学习行为是习惯化(habituation)——当生物暴露在一种意料之外的无害刺激(比如噪音、闪光)里,生物会首先出现警惕反应,然后随着时间的流逝反应缓慢消失。在2014年,加利亚诺和她的同事测验了含羞草(Mimosa pudica)的学习能力。当加利亚诺和她的同事把含羞草从高处扔下时(这是植物在演化历史中从未遇见过的状况),含羞草学到了这件事是无害的,它不需要做出闭合反应。
但有没有更复杂的学习行为呢?大多数动物也能够进行条件学习或者说联想学习,这个过程中它们会发现两种刺激通常伴随出现。在另一项2016年发布的研究里,加利亚诺和同事测试了豌豆(Pisum sativum)是否可以把空气的流动与光照情况联系起来。他们把豌豆苗放在Y型迷宫底下,研究者会从Y字的一叉打入空气——这也是更明亮的一叉。接下来,植物被允许向Y型迷宫的任意一边生长,用以测验它们是否学到了这种关联。
实验获得肯定结果——植物们在情境关联的方式下习得了条件反应。植物享有动物所有的那种宝贵学习能力的证据越来越越多。
当下一次你偶然看见路边一株在阳光下生长的锦葵时,不妨为它驻足,用全新的眼光看待它,并欣赏这种小杂草为我们带来的认识植物非凡认知能力的新窗口。