我們都知道，動(dòng)物區(qū)別于植物的最大特點(diǎn)之一，就是具有一套發(fā)達(dá)的、由數(shù)量眾多的神經(jīng)元彼此連接而成的神經(jīng)系統(tǒng)。這套神經(jīng)系統(tǒng)，能讓動(dòng)物感知外界環(huán)境，控制機(jī)體進(jìn)行快速、有效的運(yùn)動(dòng)，甚至在人類中還產(chǎn)生了更為高級(jí)的思維活動(dòng)。而反觀植物，由于不存在動(dòng)物那樣的神經(jīng)系統(tǒng)，因此無論感知還是運(yùn)動(dòng)，都要比動(dòng)物差上一大截了。所以在俗話成語，諸如“呆若木雞”、“麻木不仁”等中，莫不是用植物來作為感覺和運(yùn)動(dòng)遲鈍的“反面案例”的。
具有由神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)系統(tǒng)，是動(dòng)物區(qū)別于植物的主要特征之一
不過，生物的演化是神奇的。雖然植物不具有動(dòng)物那樣典型的神經(jīng)系統(tǒng)，但是植物也能采用和神經(jīng)系統(tǒng)類似的機(jī)制來傳遞信號(hào)。而在一些植物中，這種機(jī)制更是賦予了它們能夠比肩動(dòng)物的感知和運(yùn)動(dòng)能力，從而產(chǎn)生一些令人驚異的特征——生活在北美沼澤中的捕蠅草，就以它捕捉獵物時(shí)的準(zhǔn)確、敏感和迅速，被達(dá)爾文稱為“最令人不可思議的植物之一”。
會(huì)數(shù)數(shù)的捕蠅草
在位于北美的原產(chǎn)地，捕蠅草被列入受保護(hù)的植物物種，不得隨意采集。不過，目前在市場上已經(jīng)有相當(dāng)多的人工繁殖的捕蠅草品種，可以供愛好者選購。捕蠅草的植株并不高大，通常只有幾厘米高，最高也不過十余厘米。不過，最引人注目的是它那特別的、特化為捕蟲夾的葉片：捕蟲夾如同蚌殼狀張開，上表面呈現(xiàn)出誘人的紅色，邊緣有十余根長而尖銳的毛。這艷麗的顏色和迷人的外觀，使得捕蠅草獲得了“維納斯的捕蟲夾”的美名。
捕蠅草的植株和捕蟲夾
然而隱藏在這靚麗外表下的，是捕蠅草冷酷無情但又引人入勝的一面——它能以十分之一秒的速度和極大的力度，捕捉碰觸到它捕蟲夾的獵物，速度之快力度之大，甚至連小型蛙類都無法逃脫這一陷阱。而它又是如此的敏感和準(zhǔn)確，不但能“判斷”落到捕蟲夾上的是否是獵物，甚至還能根據(jù)獵物掙扎的劇烈程度，來“決定”該分泌多少消化酶。
捕蟲夾十分靈敏和快速
捕蠅草的這種判斷能力，是依靠“計(jì)數(shù)”來實(shí)現(xiàn)的。在捕蠅草捕蟲夾的內(nèi)表面上，分布著數(shù)根剛毛。這些剛毛，就是觸動(dòng)捕蟲夾關(guān)閉的“扳機(jī)”，因此被稱為觸毛。有意思的是，當(dāng)只有一根觸毛被碰觸時(shí)，捕蠅草不會(huì)做出任何反應(yīng)——不過此時(shí)，捕蠅草已經(jīng)開始了計(jì)數(shù)。如果在約30秒內(nèi)，同一根觸毛被再次碰觸，或者有另一跟觸毛被碰觸，那么“扳機(jī)”就會(huì)被觸發(fā)，捕蟲夾迅速關(guān)閉夾住獵物。如果超過30秒沒有第二次碰觸，那么捕蠅草就會(huì)“忘記”第一次計(jì)數(shù)，重新開始。
捕蟲夾內(nèi)表面上的觸毛
當(dāng)捕獲獵物后，捕蠅草的“計(jì)數(shù)”依然沒有結(jié)束。如果當(dāng)獵物繼續(xù)掙扎，碰觸觸毛超過約5次時(shí)，捕蠅草的捕蟲夾就開始分泌酸液和各種酶類，獵物掙扎的越劇烈，觸碰的觸毛次數(shù)越多，捕蠅草就會(huì)分泌更多的酸液和消化酶。直到幾天后獵物被完全消化、分解，捕蠅草感受到葉片內(nèi)獵物分解產(chǎn)物濃度的變化時(shí)，捕蟲夾才會(huì)漸漸張開，讓風(fēng)吹走獵物的殘骸，等待另一只獵物撞上門來。
捕蟲夾內(nèi)層的腺體
捕蠅草的這種“計(jì)數(shù)”能力，可以排除一大部分由于隨機(jī)環(huán)境因素而造成的“假像”，還能有效節(jié)約消化獵物所需的物質(zhì)、能量投入。這種“精打細(xì)算”和“兇猛強(qiáng)悍”的特性，使得捕蠅草能在環(huán)境惡劣的沼澤中生存下來，同時(shí)也吸引了一大批科學(xué)家來研究這些特性背后的機(jī)制。
一切都是電
那么，捕蠅草是如何做到這精巧的計(jì)數(shù)和運(yùn)動(dòng)能力呢？答案可以濃縮為一個(gè)字：電。
我們都知道，動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的傳遞，依靠的是電。對于神經(jīng)細(xì)胞來說，由于細(xì)胞膜表面一些運(yùn)輸離子的載體蛋白作用，會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的差異，從而使得細(xì)胞膜兩側(cè)的電位不同，通常，細(xì)胞內(nèi)的電位比細(xì)胞外低70~90mv。這被稱為“靜息電位”。而當(dāng)細(xì)胞興奮時(shí)，細(xì)胞膜上另一些載體蛋白打開，使得帶正電的離子流入細(xì)胞，細(xì)胞膜內(nèi)電位升高甚至超過細(xì)胞外電位，然后再逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)，由此形成一個(gè)電位劇變過程，這就被稱為動(dòng)作電位。神經(jīng)系統(tǒng)就是依靠動(dòng)作電位在神經(jīng)細(xì)胞上的傳遞而工作的。
捕蠅草和動(dòng)物的神經(jīng)、肌肉組織一樣，都能產(chǎn)生動(dòng)作電位
不僅僅是神經(jīng)細(xì)胞，動(dòng)物幾乎所有細(xì)胞都存在或高或低的靜息電位。而對于植物細(xì)胞來說，同樣存在靜息電位——只不過靜息電位通常低于動(dòng)物細(xì)胞而已。此外，由于不同細(xì)胞間可以依靠胞間連絲相互連接，因此形成的動(dòng)作電位也同樣可以在細(xì)胞間進(jìn)行傳遞。這種電信號(hào)的傳遞十分類似于動(dòng)物，不同的是動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞中動(dòng)作電位的傳導(dǎo)和傳遞有著明確的方向性，而植物則主要以彌散的形式將動(dòng)作電位擴(kuò)散到整個(gè)組織中。這正好造就了捕蠅草迅速運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)——“扳機(jī)”被觸發(fā)后形成的動(dòng)作電位，能夠迅速傳遍整個(gè)捕蟲夾，收到這一信號(hào)的內(nèi)表面以及中脈上側(cè)細(xì)胞，會(huì)同時(shí)將水排出細(xì)胞，而外表面和中脈下側(cè)細(xì)胞，則獲得了水分。這樣，原本外張的捕蟲夾會(huì)由于內(nèi)外側(cè)快速出現(xiàn)的“液壓差”而突然閉合、內(nèi)卷，從而迅速捕捉住獵物。
捕蟲夾的關(guān)閉是由電信號(hào)觸發(fā)的細(xì)胞水分重新分布引起的
那么，捕蠅草又是如何“計(jì)數(shù)”的呢？這一問題目前還沒有完全搞清楚。不過，一個(gè)很有可能的機(jī)制是鈣離子濃度。對觸毛的一次碰觸，會(huì)造成一些鈣離子進(jìn)入細(xì)胞，但這只能引起觸毛周邊小范圍內(nèi)細(xì)胞的興奮，并不會(huì)大范圍擴(kuò)散，且只能持續(xù)一定的時(shí)間。只有當(dāng)在這一定時(shí)間內(nèi)再次碰觸觸毛時(shí)，才能使得足夠多的鈣離子進(jìn)入細(xì)胞，從而引發(fā)足夠強(qiáng)的細(xì)胞興奮，并將這種興奮傳遞到整個(gè)捕蟲夾，來完成捕蟲動(dòng)作。此外，獵物對觸毛的多次碰觸，也會(huì)使得細(xì)胞持續(xù)興奮，誘使腺毛分泌更多酸性液體和酶。
植物電，其實(shí)不少見
其實(shí)，植物的這種生物電現(xiàn)象是普遍存在的。我們所熟知的含羞草葉片碰觸后閉合、下垂的運(yùn)動(dòng)，其實(shí)與捕蠅草一樣，都是受到機(jī)械刺激后產(chǎn)生的電信號(hào)傳遞到植物其他部位，進(jìn)而引起細(xì)胞水分分布變化所致。
電信號(hào)的傳導(dǎo)使得含羞草枝葉運(yùn)動(dòng)
除了這些進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)的植物外，即使是在普通植物中，也能檢測電信號(hào)的存在，并且可能參與到植物的多種生理過程之中。目前，對這種植物電信號(hào)和生理過程間關(guān)系的研究，已經(jīng)形成了專門的“植物電生理”學(xué)科。不少研究表明，對植物進(jìn)行觸摸、損傷、灼燒等刺激時(shí)，都能檢測到電信號(hào)的產(chǎn)生，并且這些電信號(hào)可以快速的沿著維管束等組織進(jìn)行傳導(dǎo)。目前有研究認(rèn)為，植物體內(nèi)產(chǎn)生的電信號(hào)，可以誘發(fā)植物細(xì)胞分泌響應(yīng)環(huán)境刺激的植物激素，來調(diào)節(jié)植物的生長狀態(tài)。可見，這種植物內(nèi)的電-化學(xué)波信號(hào)傳遞模型，與動(dòng)物的神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有著異曲同工之妙。從這點(diǎn)來說，植物雖然沒有神經(jīng)，但可以看作具有能夠調(diào)控其生命運(yùn)動(dòng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”了。