在我们的印象中,⻨⼦、稻⼦成熟后,重重的穗⼦把它们的“腰”都压弯了。可是你可能没有想过这样⼀个问题:为什么成熟的种⼦会挂在⺟体上,不会掉下来?这个问题的答案可能会让你惊掉下巴,那就是:掉下来的⾕⼦会跑路。许多野草的祖先的种⼦会跑路,我们先来看看其中⼀种最“会”的——燕⻨的近亲不实野燕⻨(Avena sterilis)。不实野燕⻨是⼩⻨和⼤⻨地⾥的常⻅野草,适应⼒极强,除了南极洲哪个⼤洲它都能混。
它的种⼦可能是在三千-四千年前随着⼩⻨和⼤⻨的种植从中东向欧洲和其他地⽅扩散的。⼤家看到了吧,不实野燕⻨的种⼦从⺟体脱落掉到地上后,就展现出与⽣俱来的功夫——不实野燕⻨⼀个鲤⻥打挺,再⼀个凌波微步,就跑出好远了。难怪不实野燕⻨也叫动⻨(animated oat)。细⼼的你可能发现了,不实野燕⻨在跑路的时候,两根呆⽑⼀直在不停地转,它的运动和呆⽑有关吗?没错,这种运动确实依靠的是呆⽑——芒。
不过,它并不是有意识地运动,它跑路的动⼒并不来⾃⾃身,⽽是来⾃空⽓。具体过程是这样的:不实野燕⻨的⼩穗可以在成熟前轻松脱落,掉到地⾯上。这两根⻓芒靠近种⼦的部分具有不对称的吸⽔能⼒,其中⼀边可以吸⽔膨胀,⽽另⼀边⼀直保持⼲燥。⽩天热量和湿⽓积聚在⻓芒表⾯,晚上再变凉变⼲。在不断的润湿和脱⽔的过程中,这种不对称吸⽔的芒会让种⼦⼀直不停地朝⼀个⽅向旋转。这样⼀来,种⼦就可以连夜越滚越远,实现扩张。
当种⼦掉在夹缝中,这种呆⽑机械还可以让种⼦往下继续打洞,保证其接触⼟壤,顺利发芽。换⾔之,不实野燕⻨的种⼦是⼀种湿⽓驱动的⽣物引擎。⽽这种通过湿⽓实现的⾃主运动被称为吸湿运动(Hygroscopic movement)。当然,不仅不实野燕⻨有这种本事,咱们的主⻝基本都有满地打滚的功夫。
因为除了荞⻨跟藜⻨以外,⼏乎所有的⼈类主⻝(如⽔稻和⼩⻨)都是⽲本科植物,⽽早在1979年,研究者就发现⽲本科的许多植物都能够跑路。那年,澳洲昆⼠兰⼤学的植物学研究者 Martyn H. Peart ⾸次通过实验证明,⽲本科(Graminea)的众多种⼦能够“⾏⾛”。这是因为,⽲本科的种⼦通常都⻓有呆⽑——芒。他采集了6种带有呆⽑的不同品种的⽲本科野草,发现它们都会跑路。
⽽去掉呆⽑后,它们都不会动了,只能在地⾯躺平,发芽率也急剧降低。希伯来⼤学的植物学家 Rivka Elbaum 和 Abraham Yael 指出,其实所有植物种⼦的传播都依赖吸湿运动,只不过⼀些像⽲本科植物这样靠滚,⼀些像芝麻那样靠炸,⼀些靠打地洞。我们来看看⼩⻨“滚滚”。⼩⻨的芒也是⼀个⽣物引擎。为了保证滚的时候不会打滑,⼩⻨的呆⽑是硅质的,摩擦⼒很⼤。⼩⻨的呆⽑还有防“倒⻋”的技能。
⼤家看到下⾯图⽚⾥的⽑刺了吗?这种⽑刺类似于⻮轮上防倒转的棘⻮,可以防⽌种⼦逆向⾏驶。因此⼩⻨种⼦只能⼀直往外滚了。除了滚以外,⼩⻨的芒还有弹射的技能。2007年发表在Science上的⼀项研究将⼩⻨种⼦的运动⽐作⻘蛙腿,湿度的变化可以推动种⼦弹射。这是如何实现的呢?⼀旦⼩⻨的呆⽑交叉,⽆法动弹的时候,应⼒就会积聚,让呆⽑变得像压缩的弹簧⼀样。⼀旦应⼒累计到⼀定程度,呆⽑就会让种⼦向外弹射。
Science的这项研究指出,⼩⻨的这种设定完美地利⽤了⾃然环境。因为在⼩⻨的⽼家——两河流域的新⽉沃⼟(位于今天以⾊列、叙利亚、伊拉克和⼟⽿其),夏季⼲旱⽽漫⻓,冬天是则短暂的⾬季。⼩⻨种⼦成熟的季节正好是旱季,但夜晚湿度略⾼。⼩⻨的种⼦恰好利⽤了⾃然界⽓候的昼夜变化,让⾃⼰能愉快漏夜跑路,实现⼴泛⾃动化远距离⽆⼈传播。这种连滚带爬的技能对植物来说⾃然好处多多,但是⼈类不会喜欢。
种⼦都跑光了⼈还吃什么?于是,我们的祖先选育了那些⽐较胖、不会跑路,甚⾄不会掉地上的⾕物。Elbaum 和同事指出,⼩⻨⼤约在1万年前被驯化,⼈类故意选育了那些跑不动的胖种⼦;在被驯化的⼩⻨中⼀些品种没有芒,剩下的肥崽⼦跑不动并不是因为腿短,⽽是因为根本没办法下地。Elbaum 他们进⼀步指出,实际上,为了防⽌⼩⻨跑路,⼈类的祖先做的另⼀件重要的事情就是⽂章开头提到的:从⼀开始就防⽌种⼦掉地上。
种⼦成熟后掉地上的⾏为被⽣物学家称为脱粒(shattering)。实际上,农业研究的⼀⼤课题就是找到控制脱粒的基因,这样就可以驯化有特殊技能的野⽣⾕物了。野⽣⼩⻨很容易脱粒,因为控制它的是显性基因。但是在⼩⻨驯化的过程中,会脱粒的⼩⻨被⼈类刻意淘汰了。然⽽,被驯化且还有芒的⼩⻨的躁动基因还保留着,它们的种⼦依然会根据环境湿度的变化动次打次。
我们现在吃的⽲本科的⽔稻(Oryza sativa)和燕⻨(Avena sativa)则是另外⼀个故事了。在驯化的过程中,⼤⽶和燕⻨除了不会落粒,还失去了能跑路的呆⽑。不过也是由于不再拥有呆⽑,⼤⽶和燕⻨没有办法⾃⼰打洞钻⼊⼟中,需要⼈⼯播种。所以现在的它们完全依赖⼈类才能⽣存,放归野外就活不成。这么看来,野的⽐较独⽴,乖的⽐较黏⼈,放在植物上也是适⽤的啊。
如果你⽐较胖⽽且不喜欢运动,那可能是有⼈不想让你滚。