疏于照顾的室内盆栽植物。图源:QUINN DOMBROWSKI/ CC BY-SA 2.0
克里斯普指出,植物从充满压力的环境下恢复的能力十分惊人。比如,在今年夏天发表的一篇论文中,克里斯普和同事称,受到光胁迫的植物很快就能恢复——只要护理得当,疏于照料、棕黄枯萎的盆栽也能焕发生机。目前,科学家已经给出了很多植物形成记忆的例子。然而,在科学家发布的实验结果中,植物原本可以形成记忆,但却选择遗忘的例子却很少。这也在情理之中。毕竟,辨别植物是否已经形成某段记忆是该领域最大的挑战之一。
克里斯普和同事设计实验室研究时,必须控制很多混淆因素,才能确定自己观察到的植物记忆是由实验中的压力源造成的。澳大利亚国立大学(Australian National University)的史蒂文·艾臣(Steven Eichten)是克里斯普的合著者,他说:“不是说植物经历过什么之后,就会说,‘哦,我记得这个!’,而是植物发生了分子层面的变化,恰好形成了相应的化学记号。”阿马西诺的研究对象——与FLC有关的植物记忆机制就是个例子,该机制仅适用于拟南芥。甜菜和小麦都有独特的春化分子机制,它们虽然作用相同,进化过程却彼此独立。在这个领域,鉴别一段植物记忆是否货真价实难度极大。
然而,在实验中,根据克里斯普和艾臣的观察,植物形成的记忆并不多。他们想到,植物记忆之所以罕见,会不会只是因为对植物来说,遗忘才更明智?艾臣说:“形成一段记忆、对以往环境中的信号进行分子层面的追踪,都是要付出代价的。我们并未经常观察到植物形成记忆。因此,植物可能不想一直记事,把能量用在别处或许更好。”记忆就算真的已经形成,也会褪色。另一个研究小组已经证明,在盐胁迫下,植物会形成表观性遗传记忆,并将其传给后代。但一旦撤去盐胁迫,这段记忆也会随之消失。一株植物如果记得太多东西,可能就要以牺牲茁壮成长为代价,时刻警惕干旱、洪水、盐和昆虫等威胁。与其一直做好最坏的打算,可能还不如忘记这些糟糕的经历。
插画:Sebastien Thibault
我们难免想通过自己的阅历来理解植物记忆和植物认知。从某种程度上来说,用“记忆”这个能唤起人类共鸣的简称来描述植物行为就是个例子。艾臣说:“我们虽然选用了‘植物记忆’一词,但也能找到其他方法来描述它。”只不过“半遗传性染色质因子”(semi-heritable chromatin factors)没有“植物记忆”那么清晰易读。他补充道:“有时,我得向我妈讲解自己的工作,我会说‘这可能就像植物的一段记忆……’就算你能联想到人类的记忆,这也只是个抽象的概念,对吗?你可能会想到神经连接,在日常对话中,你一想到‘记忆’,就能对它有个大概的认知。这样的话,你可能就不在乎记忆的本质,也不在乎与其相关的特定神经元了。”
这与加利亚诺看问题的角度更相似。作为一个生态学家,加利亚诺研究植物记忆的方法与分子遗传学家不同。比起形成植物记忆的特定机制,她对植物学习的过程更感兴趣。“植物当然有记忆力,”加利亚诺说,“我知道,植物的行为会发生意料之中的变化。在满足条件A的情况下,一株植物应该可以完成事件X。植物既然能完成X,就说明‘他’必须记住此前发生的事情,否则‘他’就无法完成X。”
叶子紧闭的含羞草并不是加利亚诺唯一的学生。在另一项实验中,她用一个Y形迷宫种植豌豆,并测试这种植物能否协调不同的信号:风和光。植物本就会向着光的方向生长,在这项实验中,加利亚诺又增加了一个因素:风扇产生的气流。对迷宫里的部分植物来说,光照和气流是从同一个方向来;而对其他植物来说,光照和气流则是从相反方向来。
豌豆苗。图源: MONICA GAGLIANO
加利亚诺说:“在用豌豆进行实验的时候,我调高了学习任务的难度。豌豆不光要学习有用的东西,还要学习分辨哪些东西毫无意义,这两件事彼此毫不相关。含羞草只需要弄明白一件事——跌落意味着什么?豌豆则需同时应付两个因素:风和光。”
对豌豆进行训练之后,加利亚诺挡住了光线,将风扇换到Y形迷宫的另一侧后再次打开。她想看看豌豆是否已经学会协调气流与光线,以及在没有光的情况下,豌豆是否依然足够健康,能对微风刺激作出反应。就算微风换了一个方向吹,也没有光信号,答案依然是肯定的。受训协调风和光的豌豆向着风扇生长;受训区分两种刺激的豌豆则背着风扇生长。
加利亚诺说:“这样看来,记忆就显得没那么有趣了——植物当然有记忆了,不然训练怎么会奏效?记忆是学习过程的一部分,但负责学习的是谁?学习过程中到底发生了什么?真正将气流和光线联系在一起的又是谁?”
很明显,加利亚诺用了“谁”这个词,大多数人都不太可能用这个词来指代植物。就算植物有生命,我们往往也会将植物当作物体,而不是会呼吸、会生长且生机勃勃的生物。我们将其看作会对简单刺激产生反应的机械。但在某种程度上来说,地球上的所有生命都是如此。所有生物都是化学物质和电信号的结合体,能与所处环境进行互动。记忆是一系列外部刺激留下的生物化学记号,去年炎夏在沙滩度假时感受到的热浪也不例外。本质上,植物对寒冬的表观性遗传记忆与人对炎夏的记忆也差不多。
插画:Robert Krulwich