版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

出品：科普中國

作者：廖鑫鳳（中國科學院昆明植物研究所）

監製：中國科普博覽

植物間暗戳戳的鬥爭(zheng)

看了題目你是不是會(hui) 問，植物怎麽(me) 動手？其實，把時間尺度略拉長一點的話，你會(hui) 發現植物表現出的主動鬥爭(zheng) 性一點都不比動物差：它們(men) 為(wei) 了得到陽光搶占空間，通過精心布局遮蔽其他植物，直到把可利用的空間全部都填滿。

可以說，植物長出每一根枝杈和每一片葉子都是有“心機”的。它們(men) 的枝杈能在大方向上搶占空白區域，通過合理布局防止自己被遮蔽，而葉子還可以小範圍移動，通過扭動葉柄來使自己達到最大的向光程度。

常春油麻藤通過扭動葉柄移動自己的葉子

（圖片來源：作者）

你可能會(hui) 在森林的冠層中看到過這種現象：樹與(yu) 樹之間留有縫隙，仿佛彼此留有“情麵”一樣，但這種叫作林冠羞避的現象很可能也不是它們(men) 互相禮讓，更可能是它們(men) 鬥爭(zheng) 過後留下的痕跡。幾顆樹的枝杈互相侵擾彼此的空間後，它們(men) 雖然不直接出手“打架”，但冠層間的風會(hui) 讓它們(men) “短兵相接”。就這樣，經過長期物理磨損後，才在冠層間留下了這默契的縫隙，給底層的植物留出了陽光。

林冠羞避現象

（圖片來源：維基百科）

在地下，植物的根係像動物搜尋食物一樣行動，表現出覓食性，它們(men) 默默鬥爭(zheng) ，奪取地下的水分與(yu) 營養(yang) 元素，幾乎寸土不讓。根係如同植物的地上部分一般，默默拓展，提前搶占地下的空白區域，根係的暗鬥也讓植物出現分化，讓地下空間中的根也如地上部分一樣出現分層，仿佛彼此禮讓一般，但實際也是鬥爭(zheng) 後的結果。

地下根係結構

（圖片來源：The Turfgrass Group）

植物甚至在地麵上也會(hui) 有提前“布局”。它們(men) 會(hui) 通過落葉向地麵“投毒”，這些葉片被分解後產(chan) 生的化學物質能抑製其他植物萌發。比如，你可能會(hui) 見到核桃林下植物稀疏，這是因為(wei) 核桃通過葉片向地麵釋放核桃酚，來阻止其他植物與(yu) 自己搶奪資源，這種策略被稱作化感作用。

化感作用導致林下無植物生長

（圖片來源：維基百科）

這些常見的鬥爭(zheng) 方式顯示出植物已經為(wei) 爭(zheng) 搶地盤與(yu) 資源暗戳戳地彼此爭(zheng) 鬥了，但還沒有像動物一樣直接動手，這是因為(wei) 植物的移動性較差，不方便動手。但最新的研究發現，植物可以通過持續性生長帶來的變化直接“動手”。

植物中的“動手打架黨(dang) ”

比如生長於(yu) 亞(ya) 馬孫的王蓮（Victoria amazonica），它們(men) 蓮如其名，霸主氣質讓人拍案叫絕。

在亞(ya) 馬孫，王蓮要從(cong) 河麵冒出來的時候，河麵可能已經被其他水生植物塞滿了。對那些適應水麵生境的植物來說，水麵可是一個(ge) 優(you) 越的所在，不缺陽光，能自由移動。因此在生長季來臨(lin) 的時候，植物熙熙攘攘，水麵的競爭(zheng) 如非洲草原一般激烈。

可惜的是，這些浮水植物的優(you) 勝隻是一時的，王蓮在葉子冒出水麵之前就已經在蓄力了。作為(wei) 沉水植物，它們(men) 有根係紮在土壤之中為(wei) 它們(men) 穩固身形，它們(men) 的葉子被葉柄托舉(ju) 出水麵時，王蓮就已經做好準備開戰了。

亞(ya) 馬孫王蓮葉片從(cong) 水底冒出

（圖片來源：NikonClub Singapore）

在水下時，王蓮的葉芽已經完成分化，盡管到達水麵時仍是一個(ge) 芽，但它生長十分迅速，能快速地擴充。葉子不斷長大的同時，向周圍不停地伸展，王蓮葉背的刺在生長和伸展時，還可以傾(qing) 軋周圍的植物。

王蓮用葉背的刺傾(qing) 軋其他植物

（圖片來源：Wordpress）

如果用延時攝影展示王蓮的生長過程，它們(men) 葉子的一整套操作就能浮現出全貌。原來，在葉子未展開時，葉背的刺就會(hui) 伸出來、卷曲著，起到保護芽點的作用。

隨著葉片的生長擴張，葉片本身也開始在河麵做回旋運動，以河底的根係為(wei) 支點，以葉柄為(wei) 半徑，開始像套馬杆一樣繞圈。其他植物對此毫無招架之力，葉子上的刺也得以清掃湖麵，所向披靡，霸氣程度不亞(ya) 於(yu) 非洲草原上的獅子王。

亞(ya) 馬孫王蓮葉片利用橫掃傾(qing) 軋最後統治水麵

（圖片來源：rove.me）

先“躺平”後動手的“心機”植物

王蓮利用生長帶來的力量主動出擊，在河麵上與(yu) 其他水生植物搶地盤。無獨有偶，一種生活在薩瓦納草地環境中的菊科小草——地膽草（Elephantopus elatus），也利用相同的策略在地麵上展開了鬥爭(zheng) 。

它們(men) 看起來像是已經完全“躺平”了：葉子主要在地表，鋪成蓮座狀，一點都沒有要出頭的意思。它們(men) 冒出頭的唯一時期是在繁殖季，花會(hui) 抽出地表來，方便傳(chuan) 粉、散布種子。其餘(yu) 時候，葉子就完全是“躺平”的狀態，隻在水平方向拓展。

地膽草的躺平姿態

（圖片來源：phytoimages.siu）

在這種生長模式下，它們(men) 很快就會(hui) 被快速冒出來的草遮蔽掉。有意思的是，它們(men) 蓮座狀的葉子雖然沒有辦法在地表的垂直方向表現出競爭(zheng) 力，但它們(men) 可以“步步為(wei) 營”。

它們(men) 的葉片在生長的時候，葉片邊緣向內(nei) 卷曲，像一個(ge) 托盤倒扣在地麵上一樣，以此來獲得抓地力，這樣葉片快速伸長的時候，就能把附近冒出來的草苗推開，不讓自己的區域被遮蔽。這樣一來，四散開來的地表葉就可以在地表搶地盤了。

科研人員從(cong) 野外生境中移植了地膽草用於(yu) 做實驗，在它們(men) 葉子生長的方向上插了一根塑料管，塑料管上安裝了微型的測力儀(yi) 器。研究發現，通過在地上匍匐生長，地膽草用葉尖不停往前推，葉片平均能推出0.018N的力，最大時能達到0.2N。

地膽草葉片產(chan) 生的推力大小範圍

（圖片來源：參考文獻，漢化：祝歡）

盡管這些努力看起來似乎微不足道，但它們(men) 並不是蚍蜉撼樹。它們(men) 麵對的不是身軀龐大的巨人，而是剛剛冒出頭的草類幼苗，它們(men) 要做的事情是把幼苗扼殺在搖籃裏，防止它們(men) 長起來後再遮蔽自己。

地膽草產(chan) 生的推力與(yu) 推動的距離測量

（圖片來源：參考文獻）

科研人員除了測力外，還將黑麥草（Lolium perenne）的幼苗放置在地膽草的周圍，他們(men) 發現地膽草產(chan) 生的力足夠推動甚至覆蓋20株黑麥草的幼苗。

這不僅(jin) 是地膽草用力推動的作用，也有來自於(yu) 體(ti) 形上的打壓。麵對未伸展的草幼苗，地膽草的葉片顯得十分寬大，相當於(yu) 用推土機去推一堆小草一樣，並不需要花費多大的力氣。如果第一次並沒有推動的話，地膽草還會(hui) 從(cong) 同樣的基點發出第二波、第三波葉子，頗有些不達目的誓不罷休的豪邁感。

地膽草推動周圍生長的黑麥草

（圖片來源：參考文獻）

對生活在季節性草地的地膽草來說，它的主動競爭(zheng) 策略是有針對性且有效的。在草類的生長季來臨(lin) 之時，這些草會(hui) 從(cong) 地下芽中迅速拔高，過不了多久，這些高草就能遮蔽地膽草，讓其成為(wei) 真正的無陽光可享的最底層。

薩瓦納完全生長起來的草地

（圖片來源：Pinterest）

但通過葉片的快速生長，研究人員估計，一株地膽草能保住自己0.1平方米的麵積，這一塊區域將在推力、體(ti) 形壓製的作用下無法產(chan) 生遮蔽。這樣的話，即使地膽草仍然在地表，但上層沒有被占據，它也會(hui) 是最頂層，享有充足的陽光。

地膽草葉片快速生長，產(chan) 生推力

（圖片來源：參考文獻）

結語

這個(ge) 發現給植物的主動鬥爭(zheng) 研究切開了一個(ge) 口子，我們(men) 周圍有蓮座狀葉子的植物也不少，它們(men) 看起來似乎安安靜靜地待在地表，但也許它們(men) 其實也一直在暗下功夫。

我們(men) 不妨想象一下，當我們(men) 看到一片森林時，我們(men) 看到的也許隻是植物鬥爭(zheng) 後的結果。森林的垂直結構往往很明顯，喬(qiao) 木在最上層，灌木次之，草本層在最下，藤本攀爬在其中，但如果我們(men) 仔細想想這個(ge) 過程的話，可能每一種植物占據自己位置的過程也十分刺激、激烈。也許，植物未來會(hui) 有更多的主動“動手”的事件等著我們(men) 去發現。

參考文獻：

[1]Sicangco, Camille K., et al. "Active space garnering by leaves of a rosette plant." Current Biology 32.8 (2022): R352-R353.

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！