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【植物】揭开植物睡眠之谜

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揭开植物睡眠之谜含羞草或合欢草等豆科植物白天打开叶子 ， 傍晚它们又闭上叶子“睡觉” ， 这种由叶子的开闭引起的植物“睡眠运动”自古以来就受到人们关注 。 最早的记录可追溯到公元前4世纪留下的亚历山大大帝命令部下调查“植物何以睡眠”的记录 。 到了18世纪 ， 法国的生物学家发现 ， 即使将含羞草置于光射不进去的洞穴中 ， 几天之中它仍持续以24小时为周期开闭叶片 ， 也就是说它不受光等外部环境的影响 ， 这说明在它体内存在周期性运动的“生物钟” 。 达尔文是最早对植物运动进行系统观察研究的科学家 。 他晚年被植物的多样性吸引 ， 与儿子弗朗西斯一起仔细观察了300多种植物 ， 在他去世前两年写了一本有关植物的睡眠运动、弯曲及旋转攀爬运动的巨著《植物的运动》 ， 该书已成为经典名著 。
叶片开闭机制
现在 ， 科学家通过显微镜观察已经知道 ， 植物的睡眠运动是由叶柄上一种叫做“运动细胞”的特殊细胞膨胀或收缩引起的 。 运动细胞吸水涨大后叶片就张开 ， 运动细胞排出水缩小后叶子就会闭合 。
调节这种运动细胞的体积变化是在细胞膜的“钾通道”——根据生物钟按一定的时间周期开闭钾离子通道 ， 伴随着钾离子从通道的出入 ， 水或是进入细胞内或是跑出细胞外 。 其实 ， 从20世纪初 ， 许多研究者就考虑到存在控制这种叶片运动的生物物质 ， 并尝试进行分离 ， 但最终没有取得成功 。
20世纪80年代 ， 德国一名科学家在报告中称发现一种名叫“太酷灵”的有机化合物 ， 是控制叶片开闭运动的新的“植物激素” 。 这个报告引起全世界的关注 ， 并把它与当时著名的植物生长激素“茁长素”或赤霉素并列为重大发现 。
与此同时 ， 有些科学家也提出了异议 ， 认为“太酷灵”分子内有显示强酸性的硫酸基 ， 难以设想在中性植物体内有那样的强酸性物质以游离态存在 。 事实上 ， 最近的研究也显示“太酷灵”对叶片开闭几乎不起任何激活作用 。
另一方面 ， 从显示使叶子闭合的活性来说 ， 专家认为“太酷灵”的活性与有机分子主题无关 ， 仅是由其分子内硫酸基的酸刺激引起的 。 研究表明 ， 当时德国科学家在分离过程中误把酸性当作激活条件 ， 结果丢失了真正的生理活性物质 。 为此 ， 专家在中性的条件下对真正的生理活性物质进行分离 。
控制植物运动的物质各不相同
目前 ， 科学家通过从植物提取的几千种化合物中萃取生理活性物质的分离实验 ， 最终成功地分离出两种生理活性物质 ， 并确定了它们的分子结构 。 一种是让植物叶片闭合的“睡眠物质” ， 另一种是让植物叶片张开的“觉醒物质” 。 植物的睡眠运动就是由这两种性质相反的物质控制的 。
由于事前谁也没有料到生理活性物质会是两个种类 ， 为此在分离过程中不知不觉使它们之间相互否定 ， 没能很快发现生理活性物质 。 后来开发了正确区分睡眠物质与觉醒物质的方法 ， 才获得成功 。 这种分离法研究了10年之久 ， 它从十几千克的物质中最终分离出的生理活性物质仅仅几毫克 。
迄今为止 ， 科学家已经从含羞草、决明属、叶下珠属、铁扫帚、合欢属5种豆科植物中各自成对地分离出了“睡眠物质”与“觉醒物质” 。 每种植物的这些活性物质对于其他植物完全不起作用 。 例如即使将合欢属的“睡眠”或“觉醒”物质以10万倍的浓度作用于含羞草 ， 也完全没有效果 。
这说明每种植物的生理活性物质都不一样 。 这一发现推翻了控制所有植物运动的生理活性物质都是相同的假说 。

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