图书在版编目（CIP）数据

植物的战斗／汪诘·科学有故事团队著．--北京：北京联合出版公司，2022.1

ISBN 978-7-5596-5733-6

Ⅰ．①植…　Ⅱ．①汪…　Ⅲ．①植物－关系－生物因素－研究　Ⅳ．①Q948.12

中国版本图书馆CIP数据核字（2021）第235230号

植物的战斗

作　　者：汪诘·科学有故事团队

出品人：赵红仕

责任编辑：牛炜征

北京联合出版公司出版

（北京市西城区德外大街83号楼9层　100088）

雅迪云印（天津）科技有限公司印刷　新华书店经销

字数273千字　700毫米×980毫米　1/16　印张20.5

2022年1月第1版　2022年1月第1次印刷

ISBN 978-7-5596-5733-6

定价：68.00元

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泛植物不会动的生存优势

想要愉快地谈论植物，我们就不得不面对一个很刁钻的问题：植物为什么就不会动呢？我记得我很小的时候，就问过喜欢养花的奶奶。对此，奶奶的回答是：它们天生就这样。

天生的。这似乎是一个无可辩驳的理由。假如你了解进化论的一些基本知识，你一定知道，地球生命的演化经历了由水生到陆生、由简单到复杂的过程。这个演化的过程因写进教科书而广为人知。于是，很多人都误以为，植物不会运动是因为它们是古老的生命形式，没有演化出更复杂的肌肉和神经系统。人们认为，植物不运动，是因为它们还没有学会运动。如果你也是这么看待植物运动问题的，那我可以告诉你，这个观点是错误的。

其实，演化论真正告诉我们的是：一个物种如果天生就是这样，那么就意味着，它一定因为现在的样子而获得了某种生存上的优势。

不知道你有没有思考过，植物这种扎根土壤、不会运动的生命，它们能够在地球上诞生，是一种偶然还是必然？如果你抱着会动的动物比不会动的植物更高级的思想，那一定会觉得植物的存在是必然的，觉得植物就是食物链最底层的生产者，它们天生就应该被动物吃掉。然而，事实并非如此。在生命诞生之初，比植物更古老的单细胞生物都浑身长着鞭毛，它们四处游动，寻找食物，感受刺激，趋利避害。它们可比植物古老得多。

很显然，植物之所以不会移动，并非因为低等，更不是天生如此。可以用一种拟人化的方式来理解植物的行为——在面临生存压力的时候，植物主动地选择了静止不动。静止不动，这是身为万物之灵的人类觉得相当愚蠢的选择。但是，幸运的是，植物们选对了。这个选择不仅让植物变得异常繁盛，更支撑了整个生物圈。人类之所以能够存在，也要仰赖植物最初的选择。

在严谨的生物学分类里，很多你觉得明摆着就是植物的物种，其实并不是植物。比如，2005年的时候，生物学分类里就新增了一个大类，叫作囊泡藻界。我们非常熟悉的海带，作为一种褐藻，就被重新分配到囊泡藻界里面去了。在我上学的时候，海带确确实实就是植物界的成员，但今天看到本书的小学生，未来再上植物学课程的时候，老师可能就会告诉你，海带并不是植物。

另外，你应该知道，蘑菇以前叫作菌类植物，现在我们把蘑菇直接叫作真菌。蘑菇也不是植物。

我还能为你举出更多看起来像植物却不是植物的例子，而且有些例子比海带和蘑菇更夸张。比如海葵和珊瑚，它们不仅不是植物，还是传统意义上的动物，但是它们却选择把自己固着在海底。到底是什么样的进化优势，让这些动物放弃运动而选择类似植物的生活方式呢？

现在，越来越多的生物学家开始关注这些现象，他们不再满足于把一个个具体的问题研究和解释清楚，他们开始更多地从环境和演化的视角来看待这些问题。为了更好地研究这些生命，生物学家发明了一个新词，叫作泛植物。这个概念突破了植物学的边界，所有像植物一样生存的生命都是泛植物的研究对象。这里面既包括海带、地衣、蘑菇这样的藻类和菌类，也包括所有最后选择了静止不动的生命。

通过研究这些选择了一动不动的生命，生物学家获得了一些全新的认识。原来，这类生命在能量获取效率上，竟然比其他会动的生命更厉害。

比如一只老虎，它在几维空间中获取能量呢？你肯定会说，那还用问，当然是三维咯。我想说的是，老虎虽然可以爬山、可以下河，但本质上是在一条贴着地面的行进路线上获取食物的。所以，老虎获取能量的空间是一条曲线，它的捕食路线其实是一维的。

我们再看看，一只燕子的能量获取空间是几维的呢？燕子不像老虎一样，非要贴着地面移动不可。燕子可以一边飞行一边捕食，它如果看见一只飞虫，就能直接飞过去。燕子的捕食路线不受地形的影响，所以，燕子的能量获取效率更高，它的捕食路线可以看作二维的。

那我们再来看看，一棵不会动的大树，它的能量获取空间是怎样的。大树的根系深深地扎入土壤，枝干高高地举向天空。它们的每一片叶子都能接受到实实在在的阳光，每一条根系都能吸收到真真正正的养分。所以，大树获取能量的效率比老虎和燕子都高，大树获取能量的空间是三维的。

生命需要获取能量才能维持。大树虽然不会移动，但它获取能量的方式却比老虎和燕子更高级，获取同样的能量，大树付出的代价肯定是最小的。一棵大榕树的投影面积常常可以达到上万平方米，它占据的生存空间能达到几十万立方米。无数会跑会跳的小动物会以大榕树为家，它们之中的大部分，一辈子都没有离开过大榕树的怀抱。

如果我们也能像植物一样只需衣来伸手、饭来张口就能活得不错，又何必四处奔忙呢？移动本身并不是生存优势，移动是动物不得已而为之的无奈之举。植物放弃了移动，却在获取能量的方式上比动物更先进。在争夺生存空间这件事情上，植物对于动物，完全是碾轧式的降维打击。我们从经验上无法理解植物为什么不会动，但几何学给了我们圆满的解释。

对于动物来说，没有植物就没法生存。但对于植物来说，它们适应环境，改造环境，甚至当它们放弃运动、把根系深深地扎入土壤的时候，它们就已经成了环境本身。

在这本讲植物学的专辑里，我会经常使用“创业者”这个类比来描述所有具有植物特征的生物。创业者这个类比最有意思的地方，就是能生动地表达出植物在改变大环境时表现出的主动性。当然，植物不会像真正的创业者那样，有着对市场的思考和改变世界的主观意识。但是，植物们的行为，像极了积极试错的创业者们。它们不断发生着变异，生产出各种各样不同的产品，只要某件产品获得了哪怕一点点的小优势，这些变异基因都能迅速扩散开来。

在这本书中，我会给你讲一些古老的故事，也会给你讲科学家对这些古老故事的最新认知。这里有很多可以当作谈资的植物学冷知识，不过我并不倾向于向你兜售这些知识，我会更倾向于向你解释，这些植物到底经历了什么，才让它们产生了这样奇特的变化。植物的经历当中，隐藏着很多关于生存和竞争的深刻思想。这些思想，绝对值得每一个人深入了解。

目 录

泛植物不会动的生存优势

第一章　它们不是植物，却选择当一株植物

第一节　蓝细菌，最佳合伙人

第二节　地衣，抢滩登陆的先锋

第三节　海带，不是只有植物才能进行光合作用

第五节　珊瑚，遭殃的建设者

第二章　它们全吃肉，它们都有毒

第一节　有毒植物，也不容易

第二节　食虫植物，植物学习吃肉的历史

第三节　爬藤植物，为攻城略地而生

第四节　榕树，热带雨林里的独立王国

第五节　根瘤，豆科植物的绝地反击

第三章　生存大挑战下的最终赢家

第一节　苔藓，逆袭的胜利

第二节　走出非洲，景天科植物大迁徙

第三节　桉树，驯服考拉很容易

第四节　菟丝子，剑走偏锋的魔教杀手

第五节　兰花，把昆虫玩弄于股掌之间

第四章　改变自己，顺带着改变了世界

第一节　辣椒，鸟类专享果实

第二节　胡椒与薄荷，调味品的革命

第三节　棉花与桑树，人类不再寒冷

第四节　咖啡与茶，神秘远方的馈赠

第五节　罂粟，人类与毒品的故事

第六节　巧克力，为人类贡献苦涩

第五章　植物与人类，到底谁征服了谁

第一节　小麦，真的驯化了人类？

第二节　甘蔗，甜蜜的血泪史

第三节　番茄，美杜莎的诱惑

第四节　玉米，为何我是末日作物

第五节　蔷薇，花开两朵，各表一枝

第六章　意外的启发

第一节　植物胶水，开启人类文明的重要发明

第二节　植物染料，世界变得五彩斑斓

第三节　拟南芥，我能用来做实验

是结局也是开始，植物将走向何方

后记

第一章　它们不是植物，却选择当一株植物

第一节　蓝细菌，最佳合伙人

意大利植物学家斯特凡诺·曼库索在他的书里估算过(1)，地球上的生物总量，大约99.7%都是由植物构成的。曼库索没有公开他的推算方法，但是，对于99.7%都是植物这个数值，他显得信心满满。一些更保守的计算认为，地球上的植物大约占生物总量的82%，微生物、藻类和真菌大概占17%，剩下不足1%的生物是人类和各种动物。

不管哪一种算法，植物正主宰着这个世界这件事情，肯定是不容置疑的，这与我们在前面提到的植物有着比动物高效得多的能量获取方式是完全吻合的。

那么，到底是什么本领让植物获得了这种压倒性的生存力量呢？我估计你已经轻声说出答案了。没错，答案就是：光合作用。

不过，植物可不是天生就具有光合作用能力的。是因为植物的远古祖先找到了一个非常靠谱的合伙人，才把植物这个小公司做成了大企业。这个合伙人就是蓝细菌。我们的故事，要从35亿年前开始讲起。

35亿年前，一些原核生物在地球上出现了。如果你觉得原核生物这个名词缺乏熟悉感，那么你大可以直接把它们叫作细菌。细菌是一些细胞里连细胞核都没有的简单生命。它们结构简单、个体微小。它们身体的遗传物质被细胞膜包裹着，进行着很原始但是非常复杂的生命活动。在营养充足的时候，只需要短短的几分钟，它们的数量就能增加一倍。

超快的繁殖速度意味着原核生物们可以在短时间内产生数量极其庞大的后代，这里面当然也包含大量发生变异的个体。你只需要想一想那些短时间里就能产生抗药性的超级细菌，就能理解原核生物对严酷环境的适应能力有多么强了。

不过，超强的繁殖和变异能力只不过是细菌的常规武器，它们还有一种超级武器，能够以一种常人无法想象的方式传播基因。这种超级武器才是细菌在地球上长盛不衰的秘密。我们都知道，生物可以通过繁殖后代来传承自己的基因。但是，对于细菌这个层面的微生物来说，还有一种更厉害的传播基因的方法，叫作基因横向转移。

蕨类植物和蓝细菌

法国生物学温森特·道宾一直从事细菌基因组方面的相关研究。他发现，基因横向转移的现象在生物界无处不在，甚至随时随地都在发生。这种现象之所以在细菌身上很常见，是因为原核生物对外来基因缺乏防范机制，它们很容易接受外来基因并与其融为一体。但是，高等生物的细胞对于自身基因的保护机制就比较健全，接受了外来基因的细胞会被免疫机制摧毁或者清除。所以，高等动植物之中，很少会发生基因横向转移的事件。

基因横向转移这件事，让演化的发生变得极其偶然和灵活。如果把一套完整的DNA看作一辆汽车，那么从亲代到子代的遗传和变异，大概就相当于今天洗洗车、明天吸吸尘这样的小改变，这样的改变肯定是非常缓慢的。但是，有了基因横向转移之后就不一样了。一次基因横向转移，就相当于换了一次轮胎，或者安装了一个新的雨刷器这么大的改变。只要一个细菌演化出一个成功的基因，这个基因就完全有可能通过横向转移的方法，被其他的细菌获得。

这种跨物种的基因转移刚刚被实验观察到的时候，引起了很大的社会轰动。因为从人类的视角来看，一个基因从一个生物体身上跑出来，进入另外一个生物体的细胞中，这就是今天让很多人闻之色变的转基因。但是，在生物学家眼里，这些现象再正常不过了，所有的生命都在使用相同的机制来复制体内的遗传物质，使用相同的基本密码来“读取”它们的基因。这些相似之处可以从它们的DNA中看到。

在最初的几亿年里，细菌几乎把所有可能有效的生存方式试了个遍。早期的地球上没有氧气，细菌就练成了在没有氧气的环境中生存的办法。有专门利用硫化物的硫细菌，有专门依靠氧化铁来生存的铁细菌，还有硝化细菌、固氮细菌、氢细菌等很多奇怪的细菌，每一种细菌，都把一种与众不同的生存方式发挥到了极致。

上面说到的一部分细菌，在后面的章节中还会陆续出场。本章咱们重点要讲的，是一种名叫蓝细菌的微生物。这个蓝细菌干了几件非常重要的、改变了生物圈格局的大事。

目前已知蓝细菌诞生在35亿年前，它擅长的生存方式，就是大名鼎鼎的光合作用。因为蓝细菌大部分生活在海里，所以我们以前也把它们叫作蓝藻。当然，蓝细菌并不是藻类，之所以过去我们叫它们蓝藻，是因为蓝细菌的个体比一般的细菌要大得多，而且它们能进行光合作用，这些特点与藻类很相似。但从本质上来说，蓝细菌没有细胞核，是一种原核生物，它是细菌的亲戚。

有科学研究估算，地球上有50%～85%的氧气是蓝细菌这类可以光合作用的微生物制造的。全世界的森林、草原所产生的氧气，竟然还没有这些蓝细菌产生的氧气多，这是不是很让人吃惊？更让人吃惊的是，那些森林和草原产生的氧气，本质上也是蓝细菌的功劳。

1883年春天的一个早晨，波恩大学的植物学家西姆珀早早地来到实验室，他想趁着实验室的其他同事上班之前完成一个实验。西姆珀要把叶绿体从燕麦的叶肉细胞中完整地分离出来，以便更好地观察它们的结构。在观察叶绿体的时候，西姆珀意外地发现，叶绿体与他前不久观察过的蓝藻的结构非常相似——这里说的蓝藻就是蓝细菌。那个时代的科学家还认为蓝藻是一种藻类植物，所以我也暂时使用“蓝藻”这个名字。一瞬间，西姆珀有一种内心被闪电击中的感觉。他意识到，叶绿体和蓝藻之间很可能存在着一些神秘的内在联系。他没办法解释这种相似性，但他相信自己的直觉。西姆珀平常有记日记的习惯，于是，他立即拿出日记本，把自己的发现记录了下来。

下午茶的时候，西姆珀找到了与他一起工作的另外一名植物学家斯特拉斯堡。斯特拉斯堡是一位很有威望的植物学家，在当时的名气比西姆珀大得多。

西姆珀说：“你有没有注意过，植物叶绿体的结构与蓝藻的结构很相似？这看起来不太像是偶然发生的事情。”

斯特拉斯堡的反应有点儿让西姆珀失望，他回答说：“我以后会关注你说的这件事情。不过，既然都是用来进行光合作用的场所，结构相似就是一件再正常不过的事情了。”斯特拉斯堡举了举手里的咖啡杯，继续说，“生物的结构就好像这些杯子一样，如果目的都是用来装咖啡，那么它们的样子就一定会长得差不多。”

但是西姆珀并没有就此放下这个观点，他日记中的文字记录了他后续的思考。西姆珀认为，植物细胞中的叶绿体和那些海水里漂流的蓝藻有着共同的祖先，不知道什么原因，导致蓝藻进入一个真核生物的体内，形成了现在的共生关系。虽然没有进一步的证据，但他坚定地认为，叶绿体就是活在其他细胞肚子里的蓝藻。

与斯特拉斯堡的反应一样，其他的植物学同行也不太喜欢西姆珀的离奇说法。这就好像孙悟空钻进了铁扇公主的肚子，结果既不是铁扇公主消化了孙悟空，也不是孙悟空征服了铁扇公主，而是铁扇公主与孙悟空从此快快乐乐地生活在一起。即便是脑洞再大的读者，恐怕也很难接受这样的故事情节吧。

但是，西姆珀对自己提出的假说深信不疑。他用了18年的时间去寻找证据，直到1901年他去世的那一天。不过，西姆珀的努力在他生前一直都没有得到学界的重视。主流观点认为，西姆珀的理论严重缺乏证据支持，这些观点甚至没有被严肃对待的必要。所以，西姆珀提出的理论甚至连论文都没能发表。

我希望看到这里的读者不要把这件事又当作一个科学很傲慢、真理总是掌握在少数人手里的例子。在一些人看来，科学史上的这些故事总是能用来为一些民间科学家的遭遇鸣不平。其实，我们更应该看到的是，科学从来都是只认证据不认人的，科学共同体过去是这样，将来也必然还是这样。这没有什么错，这就是科学的最大特点，也就是宁可错杀，不能错放。因为错杀的后果是真相晚一点浮现，而错放的后果很可能是灾难性的。

直到1905年，也就是西姆珀去世后的第四年，一位名叫康斯坦丁·梅列什科夫斯基的俄国科学家（后面我就直接叫他“梅列”了）在研究地衣的过程中注意到西姆珀留下的笔记，他被西姆珀的思考深深地折服了。如果蓝藻与叶绿体在本源上就是一回事，那么关于地衣的诸多问题就都可以迎刃而解了。梅列停下了手头正在进行的关于地衣的研究，开始专注于蓝藻与真菌的共生行为。1909年，梅列关于生物体内共生的论文终于得以发表。虽然梅列的论文几乎无人问津，但是，论文能够发表就意味着学术界正在逐渐承认，蓝藻以共生的形态生活在其他生物的体内，这是生命的一种可能。

梅列的研究还不能证明蓝藻和叶绿体就是一回事，他也解释不了蓝藻为什么会跑到其他生物的体内去。但是，这些研究让我们知道，类似蓝藻这样的原始生命，完全有可能把其他生命的身体内部，当作它们自身的生存环境。梅列甚至认为，内共生事件在自然界应该是相当普遍的事情，只要细菌能够在其他生物的身体内部存活下来，就完全可能发生内共生事件。不过，梅列并没有找到除蓝藻以外的可能是内共生现象的例子。

蓝细菌和叶绿体、好氧细菌和线粒体

1922年，这个例子被一位美国解剖学家找到了。这位美国解剖学家名叫伊万·沃林。沃林教授当时在科罗拉多大学医学院做关于细胞线粒体的研究。为了研究方便，沃林把细胞里的线粒体小心地从细胞中剥离出来，然后放在培养皿里。

一开始，沃林并没有想把细胞里的线粒体单独养活，只想把线粒体单独染色，以便在显微镜底下能够看得更清楚。为了不让细胞的线粒体坏掉，他就把准备染色的线粒体放进了培养皿里面。培养的结果让沃林大吃一惊，离开细胞的线粒体不仅没有死掉，而且活得不错。线粒体表现出来的行为，就像是某种细菌一样。

沃林马上把这个实验写成了论文，发表在《美国解剖学杂志》上。沃林认为，线粒体是在远古时代就与真核生物细胞内部实现共生的细菌，而现代的高等生物，都是远古时代单细胞生命内共生的产物。这个大胆的结论让沃林兴奋不已，他全力投入线粒体内共生的研究当中。到1925年，沃林已经发表了9篇关于线粒体内共生现象的论文和1本专著。然而，学术界再次傲慢地对待了内共生理论。对于沃林的论文，最积极的回应是，沃林的培养基可能被污染了，实验没办法得到重现。更多的科学家在看了论文之后，选择了冷漠和遗忘。究其根本原因，还是证据太少。

现在看来，内共生领域似乎变成了一个烫手的山芋，谁研究内共生，谁就会遭到同行的冷眼和非议。此后的整整40年时间中，再也没有人愿意去提这个话题，直到1965年，一位名叫林恩·马古利斯的女性生物学家再次提出了内共生假说。

马古利斯在她的书中回忆说：我感觉我就是一个背叛了科学的人，我没办法申请到研究经费，他们在驳回我的申请时说，你的研究就是垃圾，你不要再申请了！我的论文被15个期刊连续拒稿，这让我几乎要放弃了。最后论文发表了，但我收获的只有嘲笑和否定。反对我的人对我说，进化论已经解释了一切，所有的生命都有共同的祖先，这是明摆着的事情，你为什么非要唱反调呢？

比起前面几位对内共生现象展开研究的科学家，马古利斯提出的学说显然更加激进和反叛。她认为，内共生现象不仅非常普遍，而且是驱动演化的重要力量。一些好氧细菌变成了现在的线粒体，蓝细菌变成了现在的叶绿体，一些善于运动的螺旋体细菌变成了现在细胞上会运动的纤毛。细菌就像是生命的功能模块，它们先通过快速的变异实现一个复杂的生命功能，再通过内共生组合到其他生命当中去。这大大加快了演化的进程。可以用一个我们比较熟悉的比喻来形容马古利斯的观点，那就是——细菌就像一种活的插件，可以插来插去，给不同的生物带去新功能。

英国进化生物学家理查德·道金斯回忆说，马古利斯就像是一个斗士，在到处都是反对声音的学术环境里，靠着惊人的勇气和毅力坚持着自己的学说。1970年，马古利斯在反对声中完成了自己的著作《真核细胞的起源》，系统地阐释了自己的学说。

转机虽然会迟到，但终于还是来了。1978年，《科学》期刊上刊登了一篇论文，作者是生物信息学家戴霍夫和舒瓦茨，他们通过实验验证了叶绿体和线粒体与细菌的亲缘关系，这是内共生理论第一个重要的实验证据。虽然依然没有什么人愿意支持马古利斯，但冷嘲热讽少了很多，人们开始改变态度，也许马古利斯的奇谈怪论真的值得认真对待。

1983年，科学家进一步发现，叶绿体和线粒体中保留着独立的DNA，这些DNA与细胞自身的DNA完全不同。这项铁证直接让内共生假说彻底走出了争议的阴霾，成为一个备受尊重且被广泛接受的理论。在科学史上，经常会出现一些判决性的证据，本来是充满争议的课题，但判决性的证据一出现，争议立即消除，所有人都服气了。在生物学上，分子生物学的证据往往就会充当这样的判决性证据。过去很多争议已久的问题，例如人类的多地区和单地区起源问题，都是以分子生物学的证据终结争议的。

当DNA的证据支持了马古利斯的学说后，她也因此成为科学领域最重要的女性之一。

植物永远也不会知道，在叶绿体的起源上，科学界有过这么多的纷纷扰扰。但这不妨碍植物施展出光合作用的本领，将看似牢不可破的水分子分解成氢气和氧气，而这魔法般的本领背后，则是内共生的蓝细菌提供的鼎力支持。

内共生现象之所以听起来让人难以接受，主要原因在于，我们对生命本身存在着一些根深蒂固的误解。比如，当一个生物把另外一个生物一口吞进肚子里时，我们就会认为，被吞掉的那个生物，必然是死定了。那种被鲸鱼吞进肚子里还能活着出来的故事，只可能存在于童话世界里。

但是，这一次童话并没有骗人。一只小鸟活吞下一条虫子，虫子肯定是活不了的。但一个细菌吞下另一个体形较小的细菌时，被吞下的细菌的确是有可能活下来的。对细菌来说，生活在海水里、土壤里或者其他生物的肚子里，其实并没有本质的区别，别人的肚子，只是一种不算特殊的生存环境而已。

高等生命的细胞中都存在细胞核，这已经是一个常识了。但是，如果没有叶绿体、线粒体这些通过内共生进入细胞体内的细胞器，细胞核可能根本没有必要演化出来。现在有一种关于细胞核起源的观点就认为，细胞核是在内共生形成之后，为了保护自身的DNA而逐渐演化形成的。如果真相确实是这样，那么发生在远古时代的内共生，就是所有高等生命诞生的里程碑式的大事件。而在这个大事件中夺得头功的，就是化身为叶绿体的蓝细菌。

如果我们把世界上的每一种生命都看作一家努力创业的公司，那么蓝细菌毫无疑问就是有史以来的最佳合伙人，没有之一。你可以想象一下，如果在世界上的绝大部分公司里，都活跃着同一个合伙人的身影，我们会何等地惊讶。蓝细菌在生物界就是这样的地位。

蓝细菌的叶绿体化身跟随着植物征服了陆地。但蓝细菌自己也很不简单，它们凭着超强的适应能力，尾随植物到达了几乎所有的地方。现在，我们几乎可以在所有的陆地和水生环境里找到蓝细菌，甚至南极那些裸露的岩石上都有蓝细菌的身影。

孙悟空如果想长期生活在铁扇公主的肚子里，我相信他是有这个本事的。蓝细菌也一样，它如此强大的适应力，才让内共生成为可能。

对于动物来说，没有植物就没法生存。但对于植物来说，它们有了光合作用这个超能力后，就不仅能够适应环境，还可以亲自改造环境。甚至可以这么说，当它们放弃运动、把根系深深地扎入土壤的时候，它们就已经成了环境本身。

大片蓝藻一直蔓延到岸边的岩石上

第二节　地衣，抢滩登陆的先锋

有一部经典的科幻小说叫《火星三部曲》，其中第二部叫《绿火星》，讲的是人类如何将火星改造为宜居星球的故事。在这个故事中，人类用于改造火星的大杀器并不是什么炫目的高科技装备，而是一种在地球上至少生存了6亿年、看似毫不起眼的微小生命。我们的植物故事就从这个能把红火星变成绿火星的神奇小生命开始。

2020年2月12日，澳大利亚。一场突如其来的大雨之后，持续了几个月的森林大火终于被基本控制住，整个澳大利亚到处都是黑色的焦土与动物的残骸，无数的动物与植物丧命于这次大火。渺小的生命在大火面前，显得特别脆弱，不堪一击。

但是，正如地球历史上无数次的环境危机一样，危险过后就是新生的机会。在大火熄灭后不久，人们欣喜地发现，绿色重新降临在了焦黑的树干和坚硬的岩石上。很多微小的、如同毛发状的植物，附着在树干和岩石表面。不知道你能不能猜得到，这些绿色的小生命就是地衣和苔藓。

如果一个不毛之地开始出现绿色，那么充当排头兵的，常常就是地衣和苔藓。地衣和苔藓是最原始的生物群落，它们的出现，意味着这里的大环境已经达到了生命存活的最低要求。接下来，草本植物会逐渐出现，再往后，才是树木。出现了地衣和苔藓，就意味着这个地区的生态正在复苏。

地衣和苔藓出现在被烧过的地面上

地衣和苔藓，这是人们非常熟悉的两个名字。但是，你真的能从那些低矮的小生命中区分出，哪个是地衣、哪个是苔藓吗？在大多数人的眼中，地衣和苔藓几乎是可以画等号的两个名词，它们代表了一类个子矮小、生长在潮湿的环境里、没有典型植物器官的低等植物。然而，如果把真相说出来，很可能会出乎你的意料，因为地衣不仅在结构上和苔藓完全不同，而且它甚至连植物都算不上。如果我们把地衣看作一家创业公司的话，那么可以用一个关键词来描述这家公司的精神，那就是：合作。

地衣之所以需要合作，是因为它面对的是一个超级棘手的难题，那就是抢滩登陆。我们都知道，最初的生命起源于海洋。从海洋登上陆地，这是生命很重要的一个里程碑式的大事件。3.7亿年前，当动物费尽千辛万苦终于成功登上陆地的时候，它的面前已经遍布植物了。动物之所以登上陆地，是因为陆地就是一方遍布食物而且毫无危险的极乐净土。但是，没手没脚也不会移动的地衣，又是如何先于鱼类登上陆地的呢？

理解地衣的登陆过程，要比理解鱼类登陆复杂得多。理解鱼类登陆，只要找到身体结构介于鱼类和四足动物之间的生物化石，就算是强有力的证据了。但是对于地衣的登陆，科学家很难找到硬核的化石证据。

想要说清楚这个问题，我们就要把时钟从鱼类登上陆地的时刻再往回拨3000万年，这个故事要从大约4亿年前的前寒武纪开始说起。这个故事的名字，可以叫作“退潮假说”。

寒武纪是一个生命大爆发的时代。在海洋中，已经出现了大名鼎鼎的三叶虫以及各种各样奇奇怪怪的动物。动物当然比植物更容易登上陆地，但是，当时的陆地上没有任何有机物质，完全是一片不毛之地。登陆对于当时的动物来说，无异于自取灭亡。当时的海洋中，有大量的可以通过光合作用生存的蓝细菌。蓝细菌非常原始，数量巨大。每次涨潮，都有大量的蓝细菌被浪潮推上沙滩，在退潮的时候，也有大量的蓝细菌在沙滩上搁浅。对于一直生存在水中的蓝细菌来说，沙滩是一个完全陌生的环境：这里会很长一段时间没有水，它们会直接与空气接触。然而，最可怕的还不是这些，强烈的紫外线会直接把蓝细菌们彻底杀死。就在这生生死死之间，前赴后继的蓝细菌正在酝酿一场抢滩登陆新世界的大戏。

蓝细菌的身体过于脆弱，显然是无法独立在陆地上生存的，但是它们用生命付出的努力，却渐渐改变了整个沙滩的大环境。在反复经历涨潮、退潮的沙滩上，蓝细菌的尸体逐渐堆积成大量的有机物质，沙滩不再是一片不毛之地了。用一句创业者常说的话就是，无数的创业公司倒闭了，但他们不断培养的市场却日渐成熟。这时候，蓝细菌的合伙人——真菌出现了。

水生真菌起源于一些不会光合作用的鞭毛生物，它们的细胞外层包裹着结实的细胞壁，还拥有一种长出菌丝的本领。菌丝的用处很大，不仅可以像根系一样把自己固定在沙滩上，还能吸收有机物质当作食物。

当沙滩上布满了蓝细菌的尸体后，真菌的机会就来了。真菌对干燥和紫外线的抵抗能力要比蓝细菌强得多，它们能够在营养丰富的沙滩上长时间地存活。然而，虽然真菌的本事不小，但它的势力范围也仅限于沙滩而已。在远离沙滩的地方，没有任何有机物，那是真菌无法触及的禁区。

真菌与蓝细菌的联手几乎是必然会发生的事情。蓝细菌精通光合作用，只需要水和无机盐就能合成有机物。然而蓝细菌的缺点也很明显，就是怕晒、怕干。真菌的绝活是拥有细胞壁，能够抵御干旱，然而它却只能生长在富含有机物的环境里。真菌与蓝细菌的见面，那真的可以算是优势互补、强强联合了。最后的结果是，真菌把蓝细菌包裹了起来，它不仅能为蓝细菌提供必要的保护，还能利用菌丝吸收水和无机盐。蓝细菌呢，则负责运用光合作用的技能，生产出真菌赖以生存的有机物。

于是，一个名叫地衣的创业公司就这样诞生了，它们的核心科技就是在寒武纪坚硬荒芜的岩石上开疆拓土。

对于地衣来说，抢占一片蓝海市场并不是一件容易的事情，这里面有着常人无法想象的艰辛历程。地表岩石的主要成分是二氧化硅，还包含着钙、镁、铁、硫等地衣需要的矿质元素。但是，组成岩石的物质都是很难溶于水的，想要获取这些矿质营养，并不是一件容易的事。地衣这家小公司，还需要一个重要的创新才行。

此时的真菌，把蓝细菌紧紧地包裹在身体内部，用菌丝体紧紧地抓牢岩石，附着在岩石的表面，尽可能地让自己内部保持湿润。一次偶然的突变之后，蓝细菌学会了生产有机酸。在有机酸的帮助下，岩石开始加速溶解，地衣的生长从此走上了快车道。陆地大开发工程就在这样的历史背景下轰轰烈烈地展开了。

在生命的历史中，即使机会再渺茫，只要给生命充足的时间，它就可以给地球一个惊喜。此时的地衣就是如此，就在看似不可能生存的岩石上，地衣上演了一个奇迹。地衣不仅成功在陆地上生存下来，还在陆地上大搞基础建设，它们开疆拓土生产了大量的副产品，这些副产品对于随后登陆地球的生命至关重要，这就是土壤。也正是地衣创造的奇迹，才让后世的高等植物有了生存的可能，也才会有如今多姿多彩的陆地世界。

真菌包裹着蓝细菌

我们对于地衣的了解可以说才刚刚开始，一百多年前，即使是博物学家，也不一定能分得清地衣和苔藓。人们都认为地衣就是一种低级的植物，甚至就是苔藓中的一类。直到1868年，一位叫西蒙·施文德纳的瑞士植物学家，在显微镜的帮助下才刷新了人类对地衣的认知。

施文德纳在显微镜下观察到，在地衣厚实而坚韧的皮层下面，竟然隐藏着一些类似藻类的细胞。一开始，施文德纳认为，这些只不过是地衣内部专门用于完成光合作用的细胞而已。但在进一步观察后，他发现事情并没有那么简单，这些类似藻类的细胞具有相当独立的运作机制。它们的表现，一点儿也不像是一种高度特化的细胞，更像是独立的生命。于是，施文德纳大胆地提出了地衣的共生假说。然而，由于施文德纳没有拿出更多的实验证据，科学界普遍性地忽视了施文德纳的假说。确实，从当时的认知水平来说，一种生命居住在另一种生命体内实在是一个不可思议的现象。所有的有机体都是独立自主的，才是当时的主流认知。

但是现在我们已经知道，共生现象是生物界非常普遍的现象。人体的肠道中就居住着数以万亿计的细菌，我们吸收的很大一部分养分，其实是细菌消化分解后的产物。

随着越来越多的微生物与宿主之间的共生证据被找到，施文德纳的假说开始逐渐被重视。1939年，德国植物学家尤金·托马斯完成了一次关键性的实验，他将地衣中的真菌和藻类分离出来，它们居然能够独立生长。过了一段时间，他又将真菌和藻类重新合为一体，恢复了它们的共生关系。这是地衣结构的一个重要实验证据。从此以后，地衣是一个共生物种才逐渐成为科学界的共识。

但是，刚刚解决了旧问题，新的问题就来了。既然地衣并不是一种独立的生物，那么该如何给地衣命名呢？生物学界行之有效的双命名法，也就是属名和种加词的方法并不适用于地衣。在此之前，人类发现的生物无论是巨大的蓝鲸还是肉眼看不见的微生物，都是单独的一种生物。但地衣不一样，它是两种生物的混合体。如果每一种真菌和藻类的组合都可以叫作一种新的地衣，那么地衣的种类很可能会多得不得了。

不过，我们用不着去记忆那些地衣的微观分类。只要根据地衣的宏观形态，把它们分成壳状地衣、叶状地衣、枝状地衣就可以了。壳状地衣的形状就像贝壳一样，附着在岩石上，贴合得非常紧密，很难把它们剥离下来；叶状地衣的形状则是一片一片的，有点儿像木耳；而枝状地衣则像树枝一样挂在树上，松萝就是这类地衣的代表。

目前，人类发现了2万多种不同的地衣，它们遍布世界的大多数角落，从高山到沙漠，从北极到南极，甚至在死去动物的牙齿表面，我们都能找到地衣的身影。其实地衣对于我们来说并不陌生，在化学课上我们经常使用的酸碱指示剂石蕊，就是从地衣中提取的化学物质。地衣还给许多动物提供了食物，金丝猴与驯鹿的主要食物松萝和驯鹿苔也都是地衣。在环境监测中，科学家利用地衣对空气的敏感性，将地衣出现作为判断空气质量的一个重要指标。

在施文德纳发现地衣结构的一百多年后，另外一位科学家对于地衣的研究，让我们不得不重新审视容易被我们忽略的地衣。地衣远比我们想象的更复杂，毕竟与地衣相比，我们人类还是太年轻了。

时间来到了2011年，一位名叫托比·斯普利比尔的生物学博士在美国蒙大拿州的一个实验室谋得了一个职位。尽管这份工作和自己所学的遗传学并不是那么对口，但斯普利比尔还是非常喜欢这份工作。这个实验室是研究物种间的共生关系的，地衣是一个非常重要的观察对象。

斯普利比尔在很小的时候就对五颜六色的地衣特别着迷，经历了本科与研究生的深造，他早已经是一名地衣专家了。斯普利比尔和他的同事经常会在实验室附近的森林里寻找地衣，尝试把它们带回实验室进行研究。

很快，斯普利比尔就发现了一个让他迷惑不解的事情。附近森林里有着两种不同的地衣，根据前人的研究它们显然不是同一种地衣。因为一种是黄色的，另一种是深棕色的。黄色的地衣体内含有一种叫作狐衣酸的物质，这种物质可以让误食了地衣的昆虫顷刻丧命。深棕色的则人畜无害，体内没有这种狐衣酸。出于工作需要，斯普利比尔把这两种地衣都带回了实验室。斯普利比尔采用DNA测序的手段，想看看它们两者的亲缘关系。但当结果出来的时候，他大吃一惊。

DNA测序的结果显示，这两种地衣体内的共生菌是一样的，二者的共生藻也是一样的。换句话说，这两种地衣其实是同一种地衣。那为什么其中一种有毒，另一种则无毒呢？是什么造成了这样的结果？

这个发现激起了斯普利比尔和同事们的兴趣，他们对此进行了更加深入的研究。斯普利比尔再次仔细测试了两个样本所激活的基因序列，但仍然没有什么新的发现。正在整个团队陷入深深困惑的时候，斯普利比尔的脑海里突然闪过了一个念头。在当时，地衣的研究者都认为，地衣中的真菌都来自一种叫作“子囊菌”的家族，所以他们在进行基因搜索时，就忽略了除子囊菌之外的其他基因库。斯普利比尔猜想，如果还有其他的微生物也参与了地衣的组成呢？斯普利比尔提议，把搜索数据库扩大到整个真菌界。当这次搜索结果出来的时候，他们终于发现了端倪：黄色地衣所包含的表达基因，和另外一类名叫担子菌的真菌有明显的相关性。此前，科学家从来不曾把担子菌和地衣扯上关系。这个证据说明，这种有毒的地衣不只是由两种生物组成的，这里面还存在着第三种生物：担子菌。

这样的结果颠覆了人类对于地衣的认知，连斯普利比尔自己也不相信会有这样的结果。他甚至怀疑，在自然环境下，担子菌碰巧长在了地衣的表面，因此污染了检测结果，这样的事一点儿也不少见。

斯普利比尔马上就和同事重新回到了森林，反复在多个地点进行多次采样。但每次采样的结果都是高度相似的，担子菌的基因表达始终在黄色地衣中出现，在深棕色地衣中则完全没有。现在只剩下直接观察担子菌了。在显微镜下，黄色的地衣样本就像是一根酥脆的油条，致密的外壳包裹着柔软的内芯。我们熟知的子囊菌的菌丝由内而外，为共生藻构筑了适合它们生存的海绵状内芯。

“那么，担子菌藏在哪里呢？”斯普利比尔一边耐心地在显微镜下进行观察，一边反复嘟哝着这个问题，好像担子菌会因为他的呼唤而跑出来见他一面似的。在斯普利比尔锲而不舍的寻找下，神秘的担子菌终于现身了。斯普利比尔发现，原来在“油条”的硬壳外面，还有一层近乎透明的表皮，担子菌就依附在这个表皮层之中。由于担子菌与表皮层都是透明的，如果不仔细观察根本就察觉不到。

为了进一步验证自己的观察，斯普利比尔又采用了荧光分子标记技术，这种技术可以将不同种类的生物用不同颜色标记出来。在紫外灯下，黄色地衣显示出了三种不同的颜色，最终证明了这种地衣是三位一体的生命形态。而之所以会有黄色有毒和深棕色无毒两种形态，则是由担子菌的数量决定的。

随后的几年时间里，斯普利比尔所在的实验室搜集了将近45000份地衣样本。他们发现，几乎所有的大型地衣都能检测到担子菌类的基因，也就是说，这种三体共生的模式并不少见。2016年，斯普利比尔的研究结果在《科学》杂志上发表。

斯普利比尔的发现，颠覆了我们对生物的定义，小小的地衣看似普通，其实它们并不是一种植物，而是自己组成了一个生态系统。这使得一部分科学家相信，由于地衣内部稳定的生态环境，也许可以派它们去一趟火星，再玩一次抢滩登陆。

在金·斯坦利·罗宾逊的经典科幻作品《火星三部曲》中，科学家们将地衣带到火星上，让它们改造火星的环境。现在，科学家正在把小说中的情节变成现实。NASA（美国国家航空航天局）的科学家已经把地衣带到了太空站，或许在不久的未来，地衣会像它们四亿年前的祖先一样，在另外一片陌生的环境中进行下一次伟大的创业。

地衣的抢滩登陆，让植物第一次站在了干燥的陆地上。比起海洋中拥挤的竞争，陆地上显然是一个冒险家的乐园。地衣的登陆，是陆地环境发生改变的里程碑事件，从这一天开始，植物王国的创业大戏也将轮番上演。就像我们身边的创业者一样，没有什么人能够独享一片蓝海，也没有人能独吞一整块蛋糕。

与地衣的抢滩登陆不同，还有一些生物选择了在海洋里扎根生长，它们如同生长在陆地上的植物一样，同样享受着不会动的好处。这正是下一节我要给你讲述的故事。

担子菌就在黄色的地衣外面

第三节　海带，不是只有植物才能进行光合作用

1908年，一个初夏的傍晚。忙碌了一整天的东京大学教授池田菊苗坐在餐桌旁，享受着妻子为他精心准备的美食。不知道是因为那天特别饿，还是什么别的原因，池田教授觉得那天的柴鱼黄瓜汤的味道有些特别。汤熬得很浓，他拿起汤勺在锅里搅了起来，想看看汤里有什么特别的食材。

坐在对面的妻子奇怪地问他：“池田君，你在找什么？”

池田教授觉得自己有点儿失礼，就赶紧放下汤勺，笑着回答：“今天的汤太好喝了，我只是想知道，你在汤里放了什么。”

妻子接过勺子，边帮池田教授盛汤边说：“喜欢你就多喝点儿吧，我突发奇想，放了些海带进去。我知道平日里你不吃海带，刚才还怕你不喜欢呢。”

池田教授确实很少吃海带。第一次体验到海带鲜味的他，立即对海带产生了兴趣。如果这件事情发生在普通人身上，最可能的结果就是吃更多的海带。但是，池田教授可不一样，他是一位热爱文学的化学家。这样难以形容的鲜美，对于化学家来说，有着不同寻常的特殊意义。他敏感地察觉到，鲜味的背后很可能隐藏着一些人们尚未了解的特殊物质。他觉得很有必要把海带中藏着的鲜味物质分离出来。

第二天，池田教授把家里剩下的海带全部带回了实验室，开始了他的研究。分离海带中的鲜味物质，这是个听起来容易、做起来非常困难的事情。即便是在今天，想要知道一种天然食材中的某种香味是什么物质在起作用，都有很大的运气成分，更何况是100多年前呢。

池田教授采用的是一个很笨的办法。他把海带中可以提取出来的物质分别分离出来，再一一亲自品尝。半年之后的一天，当他把一点白色晶体轻轻放进嘴里的时候，强烈的味道告诉他，他成功了。池田教授真的非常幸运，毕竟味觉是一种相当主观的感受。如果海带中的鲜味来自几种物质的组合，恐怕就不是半年的实验能解决的了。

池田教授用日语中的“鲜美”这个词给这种味道命了名，这种白色的，能让食物变得鲜美的物质，则被命名为味素。这种物质的化学名称叫作谷氨酸钠，我们更熟悉的一个名字叫作味精。

从此以后，人类已知的味道从酸、甜、苦、咸四种增加到了五种。鲜味，对于我们的味觉系统来说，是蛋白质存在的信号。如果我们的体内缺乏蛋白质，就会对鲜味格外敏感。谷氨酸钠的发现者池田教授，不仅对蛋白质的信号很敏感，对潜藏着的商业信号更是敏感。他知道，如果把谷氨酸钠提取出来，作为家庭烹饪的作料，一定能大受欢迎。池田教授成功了，他不仅拿出了研究成果，还靠着谷氨酸钠的专利大赚了一笔。时至今日，味精和它的衍生品鸡精几乎占领了所有家庭的厨房，这都多亏了池田教授和海带对人们的贡献。

顺便说一句：味精和鸡精都是很安全的食品添加剂，甚至国家都没有规定添加剂量的限制，凡是有关味精有害的各种说法都是谣言。

池田教授的研究很快就传遍了东京大学，大家都没想到，整日不苟言笑的池田教授竟然靠吃海带就出了这么大的成果。东京大学生物系有一个专门研究海藻的海藻学专业，池田教授的成绩让海藻学专业的几位学者分外眼红。海带，明摆着就是生物学家碗里的菜，没想到竟然被隔壁的化学家抢了个头功。几位学者暗下决心，一定要在海带身上再搞出几个成果来，把丢了的面子抢回来。不过，在随后的几年里，生物学家并没有取得什么突破性的新发现，倒是他们多年来一直研究的海带养殖技术在味精的大规模生产中派上了用场。

1930年，味精市场的需求依然在持续增长，但日本沿海可以利用的海带养殖场却不多了。东京大学生物系的青年学者大槻（guī）洋四郎决定去中国的大连一趟，看看那里的环境是否适合海带的生长。

1930年的中国，正处于积贫积弱的时代，此时的大连处在日本人的控制之下。根据大槻洋四郎已经掌握的资料，中国海域并没有野生的海带。但是在这次实际调查中，他却在大连海域发现了一种叫作利尻（kāo）海带的品种，这是在日本海域分布最广的一种海带。从利尻海带分布的区域来看，这些海带很可能是随着日本的货轮无意中到达大连海域的。

能够在大连看到野生海带的身影，让大槻洋四郎非常兴奋，这意味着完全可以尝试在大连海域养殖海带。大槻洋四郎随即写了一份报告，报告了自己的考察发现，他郑重地向上级提议，立即在大连海域尝试海带的养殖。报告提出后，引起了日本生物学界的重视。

你可能会想，不就是种个海带嘛，又是考察，又是调研的，有这个必要吗？这个事情呀，还真是很有必要的。当时日本养殖海带的主要方式是投石法，也就是把海带的幼苗系在石头上，在海底进行养殖。这种方式不仅成本很高，而且产量也比较低。想要开展海带养殖，海带的种苗投放数量非常多，投资也是巨大的。如果环境不适合海带生长，很有可能会颗粒无收。

在普通人眼里，海带就是个头儿很大的海藻而已。一棵海藻，怎么还能挑三拣四地养不活呢？原来，不好养活的并不是海带本身，而是海带用于繁殖的配子体。海带在繁殖的季节，会释放出大量的孢子。这些孢子的样子，看起来就像是一个小动物，它们的头上长着一长一短两根触角，叫作鞭毛。通过摆动这两根不一样长的鞭毛，海带的孢子就可以四处游动了。请你记住海带孢子头上的鞭毛不一样长这件事，后面我们还会说到。

海带孢子会选择附着物，结束漂泊

当孢子遇到岩石或者木筏这些东西的时候，就会附着在上面，它的两根鞭毛也会随之脱落，从此以后，海带的孢子就再也不会移动了。不过，如果你以为孢子附着下来就能长成小海带，然后越长越大，那就错了。这些孢子首先会发育成雌雄两种配子体，再由配子体释放出精子和卵子，精子和卵子再次结合后，发育出的新一代孢子体就能发育出小海带来了。如果海水的温度过高，就会导致海带的配子体无法发育，小海带自然也就长不出来了。

看到这里，你会不会觉得，不就是繁殖个海带吗？怎么搞得这么复杂？没错，其实刚刚我描述的海带繁殖的过程，已经是经过大量简化的简略模型了。实际的情况，比我讲的还要复杂很多。

之所以会把事情搞得这么复杂，正是因为生命不是设计的产物，它们是一次又一次基因突变逐渐演化出来的。海带直接产生孢子的行为，实际上是在做无性繁殖。而孢子把自己固着到岩石上释放出精子和卵子的过程，是有性繁殖。虽然最初的孢子和后来产生的新一代孢子都是受同一套DNA控制的，但是在不同的生命阶段，起作用的基因是不一样的。这就导致了海带怪异的生殖行为。

如果你还是觉得不好理解，那我再用传统的植物给你做一个类比。海带第一次产生孢子的时候，你可以理解为海带准备开花了。这个孢子长出来的雌雄配子体就好比是花的雄蕊和雌蕊。雄蕊上的花粉落到雌蕊上面，实现了授粉之后，花儿才能结出可以发芽的种子来。只不过，海带的这个用于繁殖的花并不是开在自己身上，而是作为孢子漂走，附着在岩石上开放的。植物开花的时候，如果太热或者太冷，会影响授粉，这一点跟海带也是很相似的。

所以，千百年来，海带一直都生长在亚洲东北部比较寒冷的海域中。想要繁殖海带，那就必须找到生长环境和海水温度都合适的地方才行。

我们不得不说，大槻洋四郎是非常幸运的，他几乎一次就找到了中国海域里最适合繁殖海带的海域。他不仅在报告中论证了大连海域的环境适合海带生长的事情，更是发现了野生的海带，这就等于直接证明了项目的可行性。

果不其然，大槻洋四郎很快就拿到了资助，可以正式开展海带引种的工作了。大槻洋四郎还大胆地对海带养殖进行了革新，用筏式养殖代替投石养殖。筏式养殖就是在浅海水面上利用浮子和绳索组成浮筏，然后用缆绳把浮筏固定到海底，最后把海带固定在吊绳上进行养殖。他的革新非常成功。在他的努力下，中国的海带养殖场规模很快就反超了日本。海带成为当时东北乃至全中国很多地区最常见的蔬菜。

在当时的中国，很多地区都存在着一种非常特殊的疾病，患病者最大的症状就是脖子又粗又肿，所以俗称“大脖子病”。这其实就是由于身体内碘元素缺乏造成的甲状腺肿大。甲状腺肿大最好的治疗办法，就是适量补充碘元素。海带是含碘量最高的食物，海带在中国的大规模种植，让困扰很多地区多年的“大脖子病”问题有了明显缓解。

大槻洋四郎从1930年来中国一直待到了1953年，在他的努力之下，中国的海带养殖产业从无到有，让海带这种食物终于走下了神坛。不仅如此，大槻教授还培养了一大批中国水产养殖人员，这使中国的海洋生物学得到了良好的发展。但是当大槻教授离开中国的时候，还是带着一个遗憾走的。因为在中国养殖海带，他始终没有解决一个重要的问题，那就是海带喜冷怕热的特性。

大槻教授的遗憾，最终由我们中国的科学家解决了。在大槻教授离开中国两年后，他的一个学生就发现，海带一旦萌发了幼苗，就不再怕热了。于是他就写了一篇论文，提出了一个名叫“夏苗培育法”的构想。他的方案是，在夏季的时候收集海带的孢子，然后人工营造一个冷凉的环境培育海带幼苗，等到幼苗足够强壮，就可以下海养殖了。

经过几十年的努力，我国终于攻克了海带喜冷怕热的难题。现在，北至辽宁，南到广东，都可以进行海带的养殖。只不过，越是炎热的地方，就越是需要更长的时间来培育海带幼苗，这样才能确保海带进入自然环境后能够顺利成活。

对于今天的我们来说，海带早已失去了提味或者补充碘元素的作用。因为工业生产的味精以及人工制成的加碘盐已经取代了海带的作用。不过，海带作为一种味道鲜美、营养丰富的健康食品，养殖面积和产量都在逐年增加。现在，我国的海带不仅能够满足国内的需求，还能大量出口到韩国、日本等海带的原产地。

不过，关于海带的故事还没有结束。2005年的时候，海带又闹出了一个大事件——它被开除出了植物圈。这究竟是怎么一回事呢？

在很多年以前，我们一直用二分法来对生命进行分类。一种生命，如果不是动物，就必定是植物。一开始我们认为，会动的生命就是动物，而不会动的就是植物。后来，我们又发现，植物都能进行光合作用，于是就开始用能否进行光合作用和不会动这两点来区分动植物。

海带既不会动，又能够进行光合作用，是传统分类方法中典型的植物。但是，达尔文的观点认为，我们不应该只通过表面特征来给物种分类，我们需要追本溯源，找到这些物种的共同祖先。只有拥有共同祖先的两个物种，才能被分成一类。

最近这几十年，我们有了基于DNA测序的研究方法，终于可以实现达尔文他老人家的遗愿了。德国昆虫学家威利·汉宁根就基于达尔文的观点，提出了亲缘分支分类学理论。他提出，一个合理的生物学分类，必须要包含一个共同祖先下的全部后代才行。没有包含全部后代，或者没有包含共同的祖先，都不算合理的生物学分类。

现在，每当有一类物种完成了基因测序，生物学家就会仔细比对一下，看看以前的分类有没有分错。海带就是很典型的被分错了类的物种。它们虽然既不会动，又有能力进行光合作用，但是，它们与陆地上的其他绿色植物的亲缘关系非常远。既然海带与绿色植物不是亲戚已经是一个客观事实了，那我们就有必要回答一下，为什么海带与绿色植物如此相似。

海带不是植物

在本章的第二节中，我们讲了蓝细菌被另外一种单细胞生物吞吃，最后变成叶绿体的故事。而我们今天的主角海带，它们的身体里也有叶绿体，但是，它们获得叶绿体的方式却是完全不同的。它们并没有直接吞吃蓝细菌，而是吞吃了那个与蓝细菌已经实现了共生的生物。现在，我们通过基因研究可以知道，被海带吞掉的那种生物，比较接近现在的绿藻或者红藻。我们把这种现象叫作二次内共生。

你一定会好奇，吞吃蓝细菌和吞吃绿藻都形成了内共生，有很大差别吗？生物学家又是如何发现这个差别的呢？这个事情说来很有意思，是叶绿体外面包裹着的膜的层数暴露了自己的来历。蓝细菌有一层细胞膜，当有一个真核生物吞吃了蓝细菌之后，就需要用一层食物泡的膜把蓝细菌包裹住。所以，在显微镜下，叶绿体就是一个拥有两层膜结构的细胞器。

那么，如果有一个生物，它吞吃了一个绿藻，会发生什么事呢？叶绿体自己就有两层膜，而绿藻自己还有一层细胞膜，这就是三层膜了。当某个生物吞吃绿藻的时候，还需要再用一层食物泡的膜把绿藻包裹起来。这样的话，所有的膜加在一起，就有四层了。植物的叶绿体有两层膜，而海带的叶绿体有四层膜，生物学家最初就是这样发现海带的不寻常之处的。

海带所在的分类，名叫SAR超类群，包括“不等鞭毛类”“囊泡虫类”和“有孔虫类”这三个大类。还记得我们前面说过的海带的孢子长着一长一短两根不同的鞭毛吗？这就是海带所在的不等鞭毛类生物的特征。

最早的蓝细菌与单细胞生物的共生，可以看作两个创业者之间的合作。那么海带这种二次内共生，就可以看作一次公司收购。一家名叫海带的大一点的公司直接收购了绿藻这样的小公司。如果在内共生这个问题上继续开脑洞的话，你可能会想知道，会不会有更大的公司，把海带这样的公司再次收购掉呢？这种事情还真的存在，生物学家就观察到，囊泡虫界的一些甲藻，它们体内的叶绿体就有多达六层膜，这很可能是这种甲藻吞吃了不等鞭毛类的生物，形成了第三层的内共生结构。这简直就是俄罗斯套娃了。

不过，关于内共生的故事，三层内共生也不算什么，自然界还有脑洞更大的合作模式。

在美国东海岸一个浅浅的湖泊里，潮湿的气候似乎要将一切都凝固。在清澈的湖水底部，有几片缓缓移动的绿树叶，这些树叶叶脉清晰，叶肉呈现出绿宝石一样的半透明的质感。它们就像是手捧诗集的文艺少女，娴静、优雅地徜徉在湖底。这些生物就是绿叶海蛞蝓。

绿叶海蛞蝓可并不仅仅看起来像是一片绿色的叶子，它们真的像树叶一样，可以进行光合作用。它们在食物短缺的时候，可以长达几个月时间不用进食，而支撑它们生命活动的，正是光合作用(2)。不过，绿叶海蛞蝓身体里的叶绿体并不是与生俱来的，这些叶绿体来自它们的食物——海藻。绿叶海蛞蝓将藻类中的叶绿体保存在自己的消化细胞中。为了能够养活这些从食物中掠夺来的叶绿体，绿叶海蛞蝓还顺便掠夺了藻类用于生产一种特殊蛋白质的基因。这种特殊的蛋白质正是确保叶绿体在海蛞蝓体内存活的关键。

在进行光合作用的绿叶海蛞蝓

你看，把叶绿体养在自己的细胞里，让细胞具有光合作用的能力，这并不是植物的专利，也不是被开除出植物界的海带的专利，因为海蛞蝓也可以。这甚至也不是海蛞蝓的专利，因为生物学家发现，有些品种的蚜虫，也可以进行光合作用。很多人小时候都曾经幻想过，如果我们的皮肤里能植入叶绿体，不就可以靠喝西北风和晒太阳过日子了吗？科学研究告诉我们，这个想法基本靠谱，假如忽略能量转换效率的问题，还真的能解决我们的温饱问题。化身为叶绿体的蓝细菌果然是一名最佳合伙人，谁能跟它成功地合作，谁就能拥有光合作用的超能力，这与是不是植物没关系。

在我们地球上，生产者、消费者、分解者三个角色缺一不可。我们的生物圈也在这种三位一体的循环中保持着平衡。当植物缺席某一个生态位的时候，自然会有类似功能的生物来占据这个位置。这些生物虽然不是植物，但从生命演化的大视角来看，它们却胜似植物。

海带的故事结束了，但我们的故事还要在海洋里停留一会儿。下一节，我要给你讲讲海洋里的另外一种神奇的生命，它们的生存策略，一定会让你大吃一惊。

第五节　珊瑚，遭殃的建设者

这一节内容，我要跟你聊一聊珊瑚。你可能会觉得奇怪，这不是一本植物学的书吗？为什么要讲珊瑚呢？珊瑚不管怎么说，都应该算是动物呀。

制造了珊瑚的珊瑚虫，确实是传统意义上的动物，这个认知当然没错。但是，如果你把整个珊瑚或者珊瑚礁看作一整个生命系统，那么就会发现，珊瑚与植物有着惊人的相似之处。理解了珊瑚，必然能帮助你更深刻地理解植物。而珊瑚的故事，我想从2019年11月16日的那个夜晚开始讲起。

那是月圆后的第五个晚上，海上没有风，海面的微波反射着皎洁的月光，分外迷人。在距离澳大利亚凯恩斯岛56千米的摩尔礁附近，停泊着一艘小艇。海洋生物学家斯图尔特和他的五位伙伴身上穿着黑色的潜水服，坐在甲板上静静地等待着什么。海浪温柔地拍击着船舷，女生物学家珍妮戴着泳镜和呼吸器，把头探进水里，观察着海底的动静。

突然，珍妮把头抬出水面，她的脸上显示出抑制不住的兴奋。“开始了！”珍妮小声说。其他几名队员立即行动起来，他们迅速穿戴整齐，拿好摄影器材，一个接一个地静静地下水。

此时的海水中，正在上演着一幕梦幻般的大戏：几股粉红色的迷雾，从海底缓缓地升了起来。这些迷雾时聚时散，飘忽不定。紧随其后的，是一小股白色的迷雾，然后又是一股橙色的迷雾……很快，这些色彩斑斓的迷雾就好像是一个巨大的生命体，它们在接近海面的地方汇聚到了一起，随着海流翻滚起来。

繁殖中的珊瑚虫

事实上，这些组成迷雾的小颗粒确实就是活着的东西。它们是珊瑚虫产下的卵。从每年11月的月圆之夜开始，这里的珊瑚虫们就开始酝酿这场大戏了。它们先是通过某种化学信号调整彼此的生物钟，然后会在月圆之后的第二天到第六天中的某一个晚上同时产卵。珊瑚虫对于产卵时间的控制极为精确，到目前为止，科学家还不知道珊瑚虫同步产卵时间的具体机制。科学家只知道，这是一个相当复杂的过程，除了利用海水中的化学信号来同步产卵时间以外，珊瑚虫对于光照和海水温度也非常敏感。

所以，对于斯图尔特的团队来讲，想要拍摄到珊瑚虫产卵的盛况，就只能提前到这里蹲守和等待。2019年的这一次，他们在这里等待了五个夜晚。

斯图尔特从1996年开始，就每年坚持在大堡礁地区拍摄珊瑚产卵。他在摩尔礁拍摄已经是第八个年头了。现在，四台摄影机在同时捕捉着珊瑚虫产卵的盛况。海水中的珊瑚虫卵已经不再像是迷雾，它们已经绵延成片，像一场暴风雪一样席卷着这片海域。此时的海水中，除了那些看得见的珊瑚虫的卵，还有数量更加庞大的珊瑚虫的精子。它们将在海水中完成受精的过程，最终形成珊瑚虫的幼体。

这场海水中的暴风雪并不是稀有的现象。在长达2300多千米的大堡礁沿线、日本的冲绳、中美洲的加勒比海地区，还有我国台湾岛的垦丁海滩，每年，全世界所有的珊瑚虫都会用这种集体婚礼的方式产卵繁殖。在短短20分钟时间里，仅仅斯图尔特正在观察的这片珊瑚礁，就有数以万亿计的珊瑚卵子和精子被释放出来。

2019年是最近五年以来，大堡礁地区珊瑚虫产卵数量最多的一年，斯图尔特团队欣喜地捕捉了这些画面。大堡礁地区的珊瑚，曾在1998年、2002年、2016年和2017年经历过四次非常严重的白化事件，这让接近一半的珊瑚虫死亡。通过长期的观察和拍摄，斯图尔特乐观地认为，2019年珊瑚虫的大规模产卵，应该是大堡礁地区珊瑚虫种群开始快速恢复的征兆。

那么，珊瑚为什么会发生白化呢？这件事说起来还真有点复杂。我们一般在海洋馆里看到的珊瑚虫，都是一些五颜六色的、像花儿一样的生物，它们总是摇摆着自己的触须，捕捉着海水里的浮游生物。而我们在海洋馆里看到的珊瑚标本，往往是一种颜色洁白、质地坚硬、外形漂亮的矿物。它们有的像鹿角，有的像菊花，还有的像大脑。这些精美的白色珊瑚，其实是珊瑚虫的外骨骼。你可以把白色的珊瑚理解成珊瑚虫为了保护自己而建造的外壳，除了不能背着移动以外，珊瑚的质地和功能与贝类和海螺的壳，其实是差不多的。所以，珊瑚礁之所以会变白，是因为有颜色的珊瑚虫死了，露出了下面的白色外骨骼。

但是，珊瑚虫显现出来的色彩也并不是自己天生就有的，珊瑚虫的身体其实是透明的。赋予珊瑚虫颜色的，其实是与珊瑚虫共生的虫黄藻。是虫黄藻体内的色素，让珊瑚虫显现出丰富多彩的颜色。在前文中，我们提到最多的一个词，就是共生。珊瑚虫也是一个典型的共生生命体。正是因为虫黄藻的加入，让珊瑚虫获得了光合作用和创造珊瑚礁这两项超能力。

通过内共生获得光合作用的能力，这件事情很好理解。我们在前面的几节中已经介绍了很多通过内共生来获得光合作用的例子。但是，珊瑚虫和虫黄藻的内共生，还是有些特殊的地方，值得拿出来讲讲。

首先，虽然珊瑚虫表面上看起来很像是一种动物，它们每天都伸着触须，努力地在海水里捕捉着浮游生物，但是，大多数时候，珊瑚虫只是在做做样子而已。只要分析一下珊瑚虫生长过程中消耗的能量比例，你就会惊讶地发现，大约90%的能量都来自虫黄藻的光合作用。珊瑚虫既不会移动位置，也不靠吃东西活着。它们如果离开了会光合作用的虫黄藻，就完全没有办法独立生存。如果从能量的角度来评价珊瑚虫，说它是一种植物，也并不过分。

蓝细菌造礁过程

咱们还用创业来打个比方，珊瑚虫这家公司里，有90%的效益都是虫黄藻这一位明星员工创造的。如果虫黄藻这位明星员工有一天不干了，那珊瑚虫整个公司的人就全都得饿肚子。

你会不会跟我一样感到好奇呢？在双方的共生关系中，虫黄藻通过光合作用储存了能量，而这些能量则被珊瑚虫明目张胆地掠夺，那珊瑚虫给了虫黄藻什么东西呢？答案是，珊瑚虫会把自己代谢后剩下的二氧化碳提供给虫黄藻用于光合作用。你可别小看这一点点的二氧化碳。要知道，二氧化碳的溶解度非常低，对于自然生长在海水中的虫黄藻来说，二氧化碳绝对算得上是稀缺资源了。

虽然珊瑚虫与虫黄藻的合作也算得上是互惠互利了，但是，珊瑚虫对于虫黄藻的依赖显然比虫黄藻对珊瑚虫的依赖更多一些。这是因为，珊瑚虫离开了虫黄藻就完全无法独立生存，而虫黄藻离开了珊瑚虫，虽然日子过得会比较艰苦，但却没有性命之忧。

更为严重的问题是，除了需要虫黄藻进行光合作用外，珊瑚虫很多重要的生理机能，都需要依赖虫黄藻来完成。比如，制造珊瑚礁这项超能力，就是离开了虫黄藻没办法完成的。珊瑚的主要成分是碳酸钙。但是，珊瑚虫只能代谢出二氧化碳，却不能合成碳酸钙。而虫黄藻的代谢产物中是存在钙离子的，于是，虫黄藻就把合成碳酸钙的事给包下来了。

装备了虫黄藻的珊瑚虫，就像是一台活着的碳酸钙3D打印机。它们体内的每一个虫黄藻都在一刻不停地合成着石灰石。这些石灰石，最终会被珊瑚虫用来建设自己的外骨骼。随着亿万只珊瑚虫的世代更替，这些外骨骼也逐渐变大，直到最终露出海面，变成一个个的岛屿。这简直是沧海桑田的最好例证。虫黄藻的这项本领其实并不特殊，这是很多古老的藻类早就具备的看家本领。

在地球上出现珊瑚礁之前，海底制造礁石的运动就已经进行了数亿年时间。大约在20亿年前的前寒武纪时代，我们的老朋友蓝细菌就开始造礁了。当时的蓝细菌会分泌出一些胶状的物质，大量的蓝细菌分泌出的胶状物质会黏合在一起，形成一种长长的胶带。这些胶带会把海水中的生物残骸和海底的细沙黏合起来。久而久之，就会在海底形成一座座类似宝塔的结构。

到了6亿年前，蓝细菌与一种古杯类的动物产生了共生合作，它们形成的礁石结构，就和现在的珊瑚礁非常相似了。(3)再过几千万年，珊瑚虫才随着其他各种奇形怪状的生物一起，在寒武纪生命大爆发中出现。再过1亿年，到了奥陶纪，珊瑚才迎来了属于自己的物种大爆发。

珊瑚的大家族之所以能够突然之间兴盛起来，原因就是，能够在大海里制造固体，是一个超级厉害的本领。如果你经常看海洋主题的科普纪录片，你一定经常能看到那些附着在贝壳上的海葵，还有附着在鲸鱼身上的藤壶。海洋里的固体表面实在是太稀缺了，即便是活着的固体表面都会被各种生物占满。而像珊瑚这样，能够自己制造大面积礁石的生物，当然就是天之骄子。

珊瑚虫和虫黄藻组成了这世界上唯一的动植物的共生系统。它们把自己打造成了海洋中的热带雨林，庇护了世界上种类最丰富的海洋物种，维系了复杂的食物链和生态圈。在全球海洋中，存在珊瑚的海域还不足0.25%，但是超过四分之一的海洋物种生活在珊瑚附近。(4)珊瑚对于海洋的重要性，可以说是怎么赞美都不为过的。

但是，珊瑚这个天之骄子也有着天然的弱点：珊瑚虫依赖虫黄藻，但虫黄藻却不是非得依赖珊瑚虫不可，这就让它们之间的内共生关系产生了一种天然的不稳定性。珊瑚虫与虫黄藻，特别像是企业和临时工的关系，它们随时随地都会解除双方的合作关系，也随时随地都可能达成新的合作。到底是合作还是分手，这取决于外部环境。

科学家发现，海水的温度、含盐量、光照水平、有机物含量的变化都会影响到珊瑚虫和虫黄藻的合作稳定性。除了众所周知的海水温度上升导致的珊瑚白化，科学家还在实验中发现，海水温度突然降低、光照变化或者海水中的有机物含量增多，都会导致虫黄藻与珊瑚虫分离。如果不能让虫黄藻尽快回到珊瑚虫体内，珊瑚虫就会彻底死亡。

但是，至今我们仍然还不知道，到底是珊瑚虫在危机到来时减员增效，开除了虫黄藻，还是虫黄藻对珊瑚虫老板的盘剥忍无可忍，一怒之下主动辞职的呢。

支持珊瑚虫开除了虫黄藻的科学家认为，把虫黄藻养在体内，也是要消耗大量能量的。自然环境里的虫黄藻，差不多每24个小时就会分裂一次。珊瑚虫为了避免虫黄藻在细胞内部过度繁殖，会进行养分方面的控制。珊瑚虫还能合成一种名叫绿荧光蛋白的物质，绿荧光蛋白可以吸收掉刺激虫黄藻分裂的蓝色光，从而实现控制虫黄藻繁殖的目的。在珊瑚虫体内，大约只有5%的虫黄藻会自我复制，用于替代那些衰老死亡的虫黄藻。

基于上述这些证据，科学家猜想，很可能环境的变化导致虫黄藻的光合作用效率下降，而珊瑚虫则主动把光合作用效率不高的虫黄藻排至体外，这也是一种节省能源的做法。

而另外一派的科学家则持相反的观点。他们认为虫黄藻在珊瑚虫体内是一种半寄生的关系，珊瑚虫并不能完全限制住虫黄藻的离开。珊瑚虫的身体结构很简单，它们的身体只有内外两层细胞组成。科学家观察到，刚刚开始与珊瑚虫共生的虫黄藻会先生活在外胚层当中，然后逐渐往内胚层迁移。于是，科学家尝试着给珊瑚虫遮光，看看虫黄藻的反应。结果发现，遮光之后，会有50%的虫黄藻留在光线较好的外胚层细胞里，没有进一步向内胚层细胞迁移。这些证据让一部分科学家相信，虫黄藻对于环境是有选择性的。如果外界条件比寄生在珊瑚虫体内更优越，虫黄藻就会选择离开。

现在这两种观点都有支持的证据，但依然没有定论。不过，不管实际情况是谁抛弃了谁，有一个事实是肯定的，那就是珊瑚虫和虫黄藻这对组合对于它们生长的海域环境极其敏感。即便是最轻微的环境变化，也可能会引发珊瑚系统灾难性的崩溃。

为了研究珊瑚虫到底有多敏感，科学家利用一个恒温装置，在一个星期的时间里逐渐给养珊瑚虫的鱼缸持续加温，让水温在一个星期的时间里缓缓上升1℃。无论如何，这都算得上是一个小而且缓慢的温度变化了。这样的变化几乎不会影响到任何海洋生物的生存。但是，养在鱼缸里的珊瑚虫却从第三天开始就发生了白化现象，到了实验结束的时候，珊瑚虫已经彻底变成了白色。

现在，全球变暖导致的海水水温升高是引起珊瑚白化的首要原因，这已经是一个科学共识了。根据联合国的统计，从1850年到现在，全球的平均温度大约上升了0.8℃。我们最担心的海平面升高问题还没有发生，生活在海底的珊瑚就已经开始受不了了。(5)虽然我们承认全球变暖是人类活动引起的，但是，从人类的视角来看，0.8℃的升温就造成了大面积的珊瑚白化，这珊瑚也未免太脆弱了吧，这种行为有点儿像跟环境赌气而自杀了。

一个在地球上存在了数亿年的物种，曾经有过辉煌的历史，它们形成的系统为何会如此脆弱，这是令科学家百思不得其解的问题。

对于这个问题，一个比较可信的解释是，人类对于珊瑚的影响，其实并不仅仅在于海水温度的变化。我们大家去沙滩玩耍，在身上涂抹防晒霜是很自然而然的事情。但是，防晒霜中最常见的一些物质，比如羟苯甲酮等化学物质，会随着海水的冲刷而溶解在海水中。这些物质会导致珊瑚虫的DNA损伤，最终导致珊瑚的白化。现在，全世界很多的海洋度假胜地，比如帕劳、夏威夷和墨西哥等地，已经开始禁止使用和销售防晒霜，就是为了保护珊瑚虫的安全。

还有，我们燃烧的矿石燃料，会让大气中的二氧化碳浓度升高。这些二氧化碳会溶解在海水中，增加海水的酸性。海水的酸化现象会阻碍珊瑚虫吸收钙元素，还会导致已经形成的珊瑚礁的软化，这也是珊瑚虫死亡的原因之一。除此之外，我们日常使用的塑料制品，在环境中会被分解为几微米到几毫米不等的微粒，我们把它叫作微塑料。这些东西一旦进入海水，就像大气中的PM2.5一样，会危及珊瑚虫的健康，同样也会造成珊瑚的白化(6)。

不过，上面的众多理由，可能还是不足以解释珊瑚虫为什么不会改变自己、适应环境这件事情。其实，并不是珊瑚虫无法适应环境，而是越复杂的系统，就会表现得越脆弱；并不是珊瑚虫害怕0.8℃的升温，0.8℃的升温当然也不会杀死虫黄藻，只不过，这个温度变化影响到了这个不稳定的系统，导致珊瑚虫与虫黄藻终止了合作。而珊瑚虫这家创业公司，就因为老的员工辞职走人，新的员工还没招到，青黄不接，最后只好倒闭关张了。

白化的珊瑚

现在，科学家已经发现，白化现象并非珊瑚的专利。在珊瑚礁环境中，很多生物都与虫黄藻存在着共生关系。科学家在很多种海葵、水母、海绵的体内都发现了虫黄藻，甚至在巨大的砗磲（chē qú）贝的细胞里，也有虫黄藻的身影。环境恶化的时候，这些共生生物身上的虫黄藻就会大量地出逃，这些生物也会失去身体的颜色而产生白化现象。只不过，它们并不会完全依赖虫黄藻生活，虫黄藻的离开，并不会让它们死亡。这个证据间接印证了白化现象很可能是虫黄藻主动辞职所引起的。毕竟，在不同的生物身上都发生了同样的白化现象，问题很可能就出在与它们共生的虫黄藻身上。斯图尔特团队中的海洋生物学家加雷斯·飞利浦（Gareth Phillips）就是这种观点的支持者。

斯图尔特团队除了拍摄珊瑚产卵的视频，还拍摄了很多大堡礁的海洋生态视频。他们注意到，在这几年的积极保护下，珊瑚礁的生态已经得到了不小的恢复。他们拍到了憨态可掬的海龟，拍到了鲸鲨和狮子鱼，还拍到了难得一见的巨型砗磲。这些视频被上传到社交网站上，引发了网友们对珊瑚的广泛关注。

然而，时间仅仅过去了几个月，坏消息就传来了。詹姆斯库克大学的珊瑚礁研究中心主任休斯博士，2020年3月乘坐飞机在空中第11次飞越大堡礁，他调查了1036个珊瑚礁。调查发现，比起2019年，大堡礁地区又有四分之一的珊瑚礁发生了严重白化，另外还有三分之一的珊瑚礁也出现了不同程度的白化现象。珊瑚礁种群并没有像斯图尔特估计的那样开始复苏，与他美好的愿望正相反，在2020年，大堡礁的珊瑚正在遭遇一次比以往更严重的白化死亡事件。斯图尔特的乐观预言没有实现，我们好几年的努力和付出似乎全都白费了。

珊瑚用它的美丽征服了人类，让人类愿意不计代价地保护它们，然而，人类却对珊瑚系统的崩溃毫无办法。按照珊瑚白化的速度，科学家预计，2050年之后，活的珊瑚虫很可能从地球上彻底消失。致力于保护珊瑚的海洋科学家现在不得不面对现实，重整旗鼓。也许除了保护环境，我们还需要做一些更底层的研究，彻底解开珊瑚白化之谜。

下一章，我们终于要离开海洋，登上陆地。我要带你去看看植物演化过程中表现出来的大规律。

(1)　[意]斯特凡诺·曼库索，亚历山德拉·维奥拉：它们没大脑，但它们有智能，北京：新星出版社，2017年。

(2)　Huimin Cai, Qiye Li, Xiaodong Fang, Ji Li, Nicholas E. Curtis, Andreas Altenburger, Tomoko Shibata, Mingji Feng, Taro Maeda, Julie A. Schwartz, Shuji Shigenobu, Nina Lundholm, Tomoaki Nishiyama, Huanming Yang, Mitsuyasu Hasebe, Shuaicheng Li, Sidney K. Pierce & Jian Wang. A draft genome assembly of the solar-powered sea slug Elysia chlorotica[J].Nature,2019Scientific Data volume 6, Article number: 190022.https://www.nature.com/articles/sdata201922

(3)　[美]帕姆·沃克，伊莱恩·伍德：海洋动物·珊瑚礁动物，王华，张凡姗译，上海：上海科学技术文献出版社，2014年，9.

(4)　徐冰．珊瑚若消失，海洋会咋样？[N]科技日报．[2013-07-19]．中国科学院．http://www.cas.cn/xw/cmsm/201307/t20 130719_3902635.shtml

(5)　[牙买加]玛西亚·克里里．气候变化对珊瑚礁和海洋环境的影响[EB/OL]．https://www.un.org/zh/chronicle/article/21095

(6)　Fei T, Hya C, Xx B, et al. Microplastic pollution around remote uninhabited coral reefs of Nansha Islands, South China Sea[J].Science of The Total Environment, 725.

第二章　它们全吃肉，它们都有毒

第一节　有毒植物，也不容易

2019年6月，广州有一名7岁的女孩萱萱（化名），放学后看见几大盆新鲜的荔枝放在茶几上。可能是因为上学回来比较饿的缘故，萱萱一下子吃了很多。到了吃晚饭的时候，萱萱就显得萎靡不振，吃着吃着饭一下子就晕倒了。幸运的是，萱萱因为抢救得比较及时，很快就脱离了险境，没有大碍。(1)但是，就在同一时间，另有一些印度孩子，可就没有萱萱这么幸运了。

在克里希那医院的ICU病房里，同样7岁的印度女孩鲁奇卡已经昏迷两天了。她的妈妈一直守候在病房外面，却什么忙也帮不上。两天前，鲁奇卡就感觉浑身乏力，昏昏欲睡。但是鲁奇卡的妈妈却没有重视，她认为孩子只是累坏了，就让她去休息。一天之后，鲁奇卡开始发热，进入半昏迷状态。鲁奇卡的妈妈意识到情况不对，这才把孩子送到了医院。住进ICU病房的第二天，女孩鲁奇卡死了，死因是急性脑炎综合征。唯一与中国女孩萱萱相同的是，鲁奇卡在生病前也吃了大量的荔枝。

这背后的原因是什么呢？这就是我今天要给你们讲的植物故事。

其实，鲁奇卡并不是当地唯一一名患上这种疾病的儿童。在印度的比哈尔邦，一次严重的急性脑炎综合征正在大规模暴发中。在鲁奇卡之前，已经有155名儿童死于这种疾病。鲁奇卡是第156名死亡的儿童。

在过去的几十年里，病毒感染被认为是印度暴发急性脑炎综合征的主要原因。但是，根据科学家的最新研究，急性脑炎综合征之所以会暴发，很可能与空腹大量食用荔枝有关系。这种由于吃荔枝而出现的低血糖症状和脑神经损伤，有一个很直观的名字，叫作荔枝病。

对于荔枝病的常规解释，是因为大量食用荔枝造成了严重的低血糖症状，而低血糖则会导致脑细胞的能量失调，比较严重的情况，会造成永久性的大脑损伤。

说到这里，相信很多人都想问，荔枝的味道这么甜美，里面肯定含有大量的糖，吃糖又怎么会造成低血糖呢？荔枝中确实含有大量的糖。据测定，每100克荔枝果肉里，就含有高达16克的糖。

荔枝在水果当中含糖量遥遥领先，是当之无愧的甜度冠军(2)。但是荔枝中的糖类，成分主要是果糖。果糖这个东西，是不能直接被身体吸收的，能被人体直接吸收的糖类只有葡萄糖。所以在很长一段时间内，医生认为，荔枝中的大量果糖进入人体之后，会被身体错误地当作葡萄糖。因此，我们的内分泌系统会产生大量胰岛素来应对葡萄糖。但是，这时候荔枝中的果糖可还没来得及转化成葡萄糖呢，大量的胰岛素却在持续分解血液中的葡萄糖，于是就造成了低血糖的情况。

这样的观点，表面上似乎完美地解释了荔枝病的成因，但仔细想想就能发现，这个观点是存在着致命缺陷的。这个缺陷就是，为什么世界上只有荔枝病，而没有西瓜病、葡萄病或者哈密瓜病呢？

如果我们再进行一下定量分析就会发现，这种说法更加站不住脚了。体现血糖升高的速度，是有一个专门指标的，叫作“血糖生成指数”，简称“GI”。通俗地说，GI就是体现食物让血糖升高速度的一个值。GI越高的食物，吃下去之后，变成血糖的速度就越快，也就越需要快速分泌大量胰岛素来进行处理。

荔枝的GI值是80，在水果里，这是一个很高的GI值了，而同样很甜的哈密瓜，它的GI值只有40，是荔枝的一半。GI值比较高的荔枝，吃下去就会造成血糖快速升高，而GI值低的哈密瓜，让血糖升高的速度则比较慢，更容易造成胰岛素过剩。这样来看，应该是GI值比较低的哈密瓜更容易引发低血糖才对。然而，事实证明，从来就没有发生过什么哈密瓜病，这种病，只发生在大量食用荔枝的人身上。

直到2017年，荔枝病的真正原因才被一项研究彻底揭开，研究论文发表在著名医学期刊《柳叶刀》上。原来，导致荔枝病的并不是荔枝中的果糖，而是一种名叫亚甲基环丙基乙酸的物质，简称MCPA。

当我们快乐地吃下荔枝的时候，血糖确实是快速升高的。这时候，我们的身体就会分泌胰岛素来把多余的血糖处理掉。但是，如果我们一次性吃掉的荔枝过多，MCPA就开始起作用了，这种物质会直接对葡萄糖的合成产生抑制作用。这时候，虽然我们的身体还在不停地分泌胰岛素，但荔枝中的果糖却无法转化成葡萄糖了。如果MCPA已经开始起作用，而我们仍然在继续吃荔枝，体内的血糖就会持续地降低，最终引发荔枝病。

MCPA抑制葡萄糖的合成

MCPA主要存在于荔枝核和尚未完全成熟的荔枝果肉中。当荔枝完全成熟后，MCPA就所剩无几了。这就是为什么荔枝病总是在荔枝产地高发的原因。内地的城市能吃到的都是已经熟透的荔枝，自然也就不容易发生荔枝病了。

讲到这里，不知道你会不会好奇，荔枝这么美味的水果，为什么会有毒呢？或者换句话说，荔枝有毒，对一个物种来说，到底有些什么好处呢？最简单直接的回答就是，这样做可以慢慢地让动物对自己产生戒心，从而演化出对自己的畏惧基因。

中国本土大约生长着3万种植物，其中人类可以吃的植物只占了大约2000种。(3)

在这2000种可以吃的植物里，绝大部分植物都只有某一个部分可以吃。比如我们刚刚说到的荔枝，它的种子部分就是明确有毒的，即使是熟透的荔枝，种子也不能吃。再比如我们熟悉的马铃薯，可以食用的部位只限于它们的块茎而已，马铃薯的其他部位，特别是马铃薯的果实里含有大量的龙葵碱，对人类来说是剧毒。即使是可以食用的马铃薯茎块，也并不是绝对安全的。一旦它们开始发芽，芽眼四周就会聚集起大量的龙葵碱，食用后还是会中毒。(4)

还有很大一部分有毒植物，它们有幸能成为我们的食物，是得益于人类吃熟食的习惯。我们通过高温加热，就可以去除很多种毒素。比如豆角和木薯就是很典型的例子。

还有一些人类喜爱的食物，虽然可以吃，但确实是有毒的。比如咖啡、巧克力以及有辛辣气味的洋葱、韭菜和大蒜，我们之所以能够安全地吃它们，只是因为我们人类已经适应了它们的毒性而已。如果把这类食物喂给小猫、小狗，那是必然会引起中毒的。

说到这里，我们可以下个简单的结论了，那就是所有的植物全都有毒，没有例外。

植物之所以会主动制造有毒物质，最主要的原因，还是与它们不会动这个生存策略有关系。因为它们不会动，就无法用常规的物理手段来避免伤害。它们不能像兔子一样逃跑，不能像老鼠一样挖个洞穴藏起来。在这种不利的条件下，植物最终选择了拿起生化武器保护自己。

但是，制造毒素这件事可并不简单。并不是毒性越大、毒素越多，植物就越有优势。这里面隐藏着一套相当复杂的生存策略。

荔枝中含有大量糖分，在自然界中，这当然属于稀缺资源。但是，你要知道，这些糖分可不是白来的，植物合成任何一种有机物，都是要付出代价的。如果把荔枝树看作一家游戏公司，那么来吃荔枝的动物，就可以看作玩家。荔枝树用甜美的荔枝当作奖励，吸引玩家们去努力完成传播种子的游戏任务。

然而，玩家们总是想要偷懒，它们想要获取奖励，但却不想规规矩矩地完成任务。荔枝不仅果肉好吃，它的种子里也含有大量脂肪、蛋白质等营养物质，那可是动物梦寐以求的食物。如果动物不仅吃掉了荔枝的果肉，还把种子也嚼着吃了，那荔枝可就亏大了。所以，荔枝树就必须设计一种有效的游戏机制，让那些充当玩家的动物能够按照规则行事，也就是带走荔枝，吃掉果肉，最后抛弃果核。种子中的毒素就是游戏中的惩罚机制，如果有哪位玩家想要偷吃掉种子，就会受到毒素的惩罚。动物根本用不着把种子吃掉，它们只要尝上一口，就会立即学乖，然后按照既定的游戏规则，帮助荔枝传播种子。

种子有毒可并不是荔枝的专利，几乎所有的水果种子都有毒。你可能会说，不对呀，杏仁、桃仁这些种子，不是很流行的干果吗？怎么会有毒呢？其实啊，杏仁、桃仁不仅有毒，毒性还不小呢。这些种子当中，含有一种名叫氰甙（qíng dài）的物质，这种物质溶于水后，会产生有剧毒的氢氰酸。如果给小白鼠喂食苦杏仁，只需要一粒，就可以把小白鼠毒死，那真的是比老鼠药还管用呢。我们之所以能放心地食用杏仁和桃仁，只是因为在食品加工的过程中，有毒物质已经被去除了。没有毒性的杏仁，吃起来口感香甜，没有了原来的苦味。

植物在亿万年的演化中，创造了无数种毒素，而动物则练就了一种迅速识别有毒物质的绝技。这种绝技，就是对苦味的感知。

我们曾经把人类能够品尝到的味道，归为酸、甜、苦、辣、咸五味。后来我们知道，辣味其实并不是味觉，而是一种痛觉。我们不只是舌头能够品尝到辣味，全身的皮肤都有可能会被辣到。

20世纪初，研究海带的日本化学家池田菊苗，发现了鲜味。我们在讲海带的那一节，就讲了这个故事。从那之后，我们的味觉就变成了酸、甜、苦、咸、鲜这五种了。

2015年，美国普渡大学的营养学家理查德·马特斯发现，脂肪的味道可以被人类舌头上的受体准确地感知到。他提出，脂肪的味道应该被视作第六种基础口味，我们可以把这种味道称为“肥”。

但是，有意思的是，在酸、甜、苦、咸、鲜、肥这六种味道当中，苦味显得尤其特殊。当我们的舌头接触到氢离子的时候，我们就察觉到了酸味。当舌头接触到糖类的时候，我们就尝到了甜。如果有钠离子接触到我们的舌头，我们就可以品尝到咸味。如果接触到舌头的是氨基酸或者脂肪，那我们就能品尝到鲜味或油脂的味道了。

但是，苦味呢？什么东西触碰到舌头时，会表现为苦味呢？答案是，不一定。比起其他几种味道，苦味更像是一个“有害物质”的大集合，只要是可能给身体造成损害的物质，统统会表现为苦味。

苦，是味觉中最敏感的一种味道，我们可以从非常复杂的味道中，检测到极其微弱的苦味。对于动物来说，苦味是一种危险的信号。苦的东西不仅难以下咽，有时候还会直接产生催吐的效果。身体的本能告诉我们，这么苦的东西一定含有剧毒，必须马上吐出来才有可能活命。

事实上，包括昆虫在内的绝大多数动物都可以感受到苦味。对于动物来说，对苦味的感受越敏感，被毒死的可能性也就越小。而对于植物来说，毒死动物并不是它们的最佳策略，它们的最佳策略是用毒素来惩罚不守规矩的玩家，植物要让那些动物牢牢记住，离自己的种子远一点。毕竟，毒死咬过自己的所有动物，并不能让下一个动物不咬自己。只有惩罚它们，让它们记住，才是生存的最优解。

在自然界中，几乎所有的有毒化合物，都表现出苦的味道。但是，还有很多化学结构相似，但是无害的化合物，也被动物解释成苦味。虽然不管三七二十一地排斥所有苦味的食物有助于避免中毒，但凡事有利就有弊，过度地排斥苦味，也让动物错过了很多能吃的食物。对各种动物苦味感知受体的研究，给了科学家一个重要的启示：植物与动物之间的毒素斗争是由来已久的，植物在演化中创造了太多种有毒物质，如果动物无法分辨某种物质有没有毒，就会直接标记为苦味，这是一种保守但是安全的做法。比如，大熊猫主要吃竹子，考拉主要吃桉树叶，蚕主要吃桑叶，很多昆虫可能只会危害某一类的农作物。久而久之，这些动物为了更好地消化这些食物，而演化出了独特的身体机能，它们再想吃其他的食物就更难了。在自然界中，因为食性单一而濒临灭绝，甚至已经灭绝的动物比比皆是。

讲到这里，我忍不住又想说一句恐怕会引起某些人不舒服的话：古人说“良药苦口”这是毫无道理的，既没有统计学上的证据，也没有任何逻辑上的证据。如果说“毒药苦口”反而是有依据的。在生活中，我是不让我父母去买类似苦瓜这种苦味蔬菜的，尽管我知道没有证据表明苦瓜有毒，但我做一个这样一刀切的防火墙，没有发现有任何的损失。苦瓜中没有什么我必须摄入的营养成分，其他苦味食物也一样。在健康这件事情上，我宁可矫枉过正。当然，这里有一个例外，就是别人感到苦但我自己没觉得苦的东西我不拒绝，我拒绝苦味食物的唯一标准是我自己的舌头。

好，下面一个有趣的问题就来了。既然植物总是在不停地创造新的毒素，来避免动物的伤害，而动物又在不断地用识别苦味的方法来保护自己，那么，久而久之，这世界上就应该没有什么可以吃的东西了才对。很显然，动物肯定也有自己的一套办法，能从现有的苦味物质里分辨出那些没有毒，或者毒性比较小的物质，重新加入自己的食谱。

它们是怎么做的呢？这件事，我们可以从人类讲起。因为人类是所有动物当中，对苦味的感知最特殊的物种。人类有理性，懂烹饪。从历史的角度来看，人类对于苦味的敏感度正在不断地降低。在我们的日常饮食中，已经很少会把苦味当作有毒物质的警告了。巧克力、咖啡、啤酒、茶叶，越来越多的苦味食物占据了人类的食谱。

很早以前人们就注意到，对于同一种食物，不同人的味觉体验是不完全一样的。1931年，有机化学家福克斯就意外地发现，他与他的同事诺勒对于一种名叫苯硫脲（niào）（PTC）的人造化合物的味道有着极大的分歧。他认为苯硫脲是没有味道的白色结晶粉末，而诺勒却坚持认为，苯硫脲的味道极苦，苦到让人难以忍受。

后来的一些研究发现，人们对于除了苦味以外的其他味道，全都能够达成味觉体验上的一致。只有苦味，总会有一部分人，有着不一样的感知。

2004年一项深入基因表达层面的有趣研究，终于为这个问题找到了答案。科学家随机找来了一批受试者，让他们品尝苯硫脲的味道。随后，根据一张描述苯硫脲苦味程度的调查问卷，科学家把受试者分成了两个组，觉得很苦的分为一组，觉得没味道的分在另一组。通过对受试者的基因采样和研究，科学家找到了一组等位基因，这组基因的原始表达，会认为苯硫脲很苦，而变异后的表达，就会认为苯硫脲没有味道。

由于人类社会协作的存在，让绝大部分人即便失去了对有毒物质的辨识能力，也不会被奇怪的食物毒死。这让这些突变的基因得以在人类社会中大量传播。这些人，也更容易成为深度的苦味食物爱好者。

现在还没有确切的研究证明，人类对苦味的嗜好是这些苦味爱好者带动的。但是全世界人民都有自己喜爱的苦味食物，这确实是个事实。美洲人喜欢苦苦的龙舌兰酒，欧洲人喜欢苦苦的咖啡和黑啤酒，非洲人喜欢苦味的巧克力，澳大利亚人喜欢的维吉麦酱也是苦味的。

中国人最喜爱的苦味食物，莫过于茶和苦瓜了。苦瓜之所以苦，主要是因为苦瓜的细胞中含有苦味素和野黄瓜汁酶这两种物质。但是假如我们把苦瓜放上一段时间，让它们自然成熟，当它的外表变成黄色的时候，苦瓜就不再是苦的了。这与荔枝成熟后变得无毒的原理是一样的，植物在它们的种子尚未成熟的时候，是不希望任何动物吃掉它们的果实的。

野黄瓜汁酶和苦味素是苦瓜苦味的来源

在我国的东北地区，就有把成熟的苦瓜当作水果吃的习惯。但是对于更多的人来说，享受苦瓜的苦味，才是真正的乐趣所在。那些天生就厌恶苦味的人，也是可以享受苦味的。我们可以通过训练，循序渐进地接触苦味食物，随着接触苦味食物的次数增多，我们的身体对有毒物质预警的阈值也会逐渐降低，变得不那么敏感。慢慢地，天生不喜欢苦味的人，也能逐渐享受苦味带来的更丰富的味觉体验。(5)

很多苦味食物爱好者在赞美苦味的时候，给出的理由常常是“回甘”。回甘，就是吃过苦味食物之后，嘴里面留下的那种清甜的感觉。这种感觉其实与辣味是相似的，是我们人体受到外界伤害后，产生的一种自我修复的补偿效应。

当苦味不再是关于有毒物质的红色警报时，吃苦也就变成了一种特殊的享受。不过，对于我们普通人来说，如果从不该苦的食物中吃到苦味，那可是一定要特别警惕的。特别是遇到不知道能不能吃的东西，如果尝到了苦味，还是应该毫不犹豫地吐了再说。毕竟，植物产生毒素和动物识别毒素，都不是一件容易的事情。对于植物给予我们的提醒，我们最好还是——小心为妙。

读完本节的故事，我们就得到了一个关于植物的普遍规律，那就是：所有的植物都有毒。这是一个有点儿令人惊讶，但仔细思考之后却显而易见的结论。下一节，我会再给你揭示一个关于植物的普遍规律，可能会吓你一跳。

第二节　食虫植物，植物学习吃肉的历史

2009年2月12日，上百名学生围在英国剑桥大学基督学院的大门口，似乎在等着什么。时间到了，精神矍铄的爱丁堡公爵身穿黑色礼服，稳步走到了人群的中心。在人群的中心，有一座被红布覆盖着的雕像。大家正在等待的，正是这座雕像的揭幕仪式。

随着爱丁堡公爵缓缓拉开红布，一座青铜雕像显露出来。雕像是一位斜坐在长椅一端扶手上的年轻人，他身穿经典的英国式三件套，脖子上系着领结。年轻人握着书的右手，轻松地放在右腿上面。他向左扭过身子，脸也转向左侧，深邃的眼神刚好与揭开幕布的公爵形成对视。

学生们爆发出热烈的掌声。站在学生们前面，正在激动鼓掌的44岁女性，并不是这些学生的老师，她是英国植物学家萨拉·达尔文，大科学家查尔斯·达尔文的曾孙女。而铜像上的年轻人，正是当年在剑桥读书时的青年达尔文。

青年达尔文手里拿着的那本书并不是装饰品，从铜像上可以清晰地辨认出书的名字，那是著名博物学家洪堡的著作《新大陆热带地区旅行记》。就是这本书，激励达尔文踏上了环球探险的旅程。

在出版《新大陆热带地区旅行记》的时候，洪堡已经是当时赫赫有名的博物学家了。他的好奇心极为旺盛，特别愿意关注来自新大陆的各类冒险传说。不过，他可不是听到传说之后，就直接相信那些故事的人。洪堡会选择远渡重洋，亲自去当地开展科学考察。

在那个时代，全世界的很多地方，都流传着食人花或者食人树的传说。其中一种很流行的说法是这样的：有一种长着长长的藤蔓的大树，它们的藤蔓可以延伸到很远处，形成森林中的陷阱。如果有不速之客闯入大树的藤蔓陷阱，就会立即被弹起的藤蔓缠住手脚，随后被拖入树丛之中。被藤蔓抓住的人会被大树包裹并且消化掉。过一段时间，人们就能在树林里找到死者剩下的白骨。

根据洪堡收集的资料，非洲的马达加斯加岛、印度尼西亚的爪哇岛、南美洲的亚马孙雨林、澳大利亚的丛林深处，几乎每一处人迹罕至的丛林，都传出了类似的传说。虽然这些植物在描述的时候长相各异，但是它们都有同样的本事，就是能把人活生生给吞了。这些故事越是离奇，洪堡就越想亲自去看看。

1799年，30岁的洪堡终于如愿以偿，踏上了美洲新大陆，去寻找那些传说中的食人植物。洪堡去之前就听其他探险家说过，在南美洲马克累族人居住的地方，就流传着食人植物的传说。据说，这种植物会散发出奇特的香气，路过的人一旦闻到这种香气，就会丧失知觉。然后，植物的叶子就会把人包裹起来，消化到只剩一堆白骨。

洪堡一到达美洲大陆，就专程去拜访了马克累人，他很想亲眼见一见这种恐怖的植物。洪堡在美洲一待就是五年，在这五年当中，他走遍了美洲的很多地方，沿途收集了数量庞大的动植物标本。但最终，他还是没能找到能够把人吃掉的植物。

洪堡发现，有毒的大树是真的，巨大到能把人包裹起来的树是真的，迷失在丛林里的人是真的，探险队员的白骨也是真的。但是，马克累人很显然用错误的记忆，把这些东西错误地糅合在一起，创造出了可怕的食人植物。能把这些恐怖元素串联起来的线索也是真实存在的，那就是个子虽然不大但确实能捕食昆虫和小动物的食虫植物。

食虫植物足以让所有第一次遇见它们的人感到惊奇。虽然这些小草既不残忍也不凶猛，但是，单单它们能吃肉这件事，就足够吓人的了。如果能抓住昆虫的小草真实存在，那么，在那些人迹罕至的丛林深处，存在某种能吃人的大树，又有什么可奇怪的呢？当人们在丛林深处找到了那些失踪探险队员的白骨之后，当然就更坚定了这种想法。

茅膏菜

洪堡回到欧洲之后，把他五年间记录的探险日记整理并发表出来，这就是风靡一时的《新大陆热带地区旅行记》。当一位年轻人登上“贝格尔号”军舰，开始了他的环球航行时，已经62岁的洪堡一定不会想到，在他的众多读者之中，竟然有这样一位年轻人，他对生物的深刻洞见，为生物学开启了一个全新的时代。这个年轻人，就是查尔斯·达尔文。(6)

不知道是不是受了洪堡的影响，达尔文也对食虫植物表现出浓厚的兴趣。达尔文发现，有一种食虫植物分布很广，在他的家乡什罗普郡的乡下，就生长着很多。这就是茅膏菜。现在，我们在家门口的花卉市场里，就能买到这种会吃虫子的漂亮小草。

茅膏菜是一类多年生的草本植物，也是食虫植物中种类最多、分布最广的一个种类。不仅在英国乡下，除了南极洲，你几乎可以在世界各地找到这种小草。它们普遍都很矮小，喜欢生活在潮湿的环境中。它们的叶子是圆形的，叶片边缘长着许多可以分泌黏液的腺毛，当昆虫落到叶面时，就会被粘住。这些细小的腺毛特别敏感，假如有外物触及，就会像含羞草一样将叶片弯曲起来，将昆虫紧紧地压在叶片里面。当昆虫逐渐被消化后，叶片又会恢复成原来的样子。

达尔文花了不少时间，对茅膏菜进行了细致的观察和实验。他尝试过用各种昆虫和别的乱七八糟的动物接触茅膏菜的腺毛，看看会有什么反应。他还给这些茅膏菜喂过半生不熟的烤肉、吃剩的骨头、牛奶、花粉、面筋和狗的牙齿，想看看茅膏菜是否会把这些物质也卷起来。

经过大量的实验后，达尔文发现，茅膏菜能够分辨出食物的真伪。那些明显可以吃的东西，茅膏菜会立即产生反应；那些不能吃的东西，茅膏菜就会表现得无动于衷。在得到这个结论之后，达尔文的兴趣更浓了，他开始把各种能引发茅膏菜捕食动作的食物分类进行实验，看看能不能找到一些规律。很快，达尔文发现了一个有趣的现象：茅膏菜会非常敏锐地识别一些含氮的物质，比如说蛋白质、脂肪、奶酪这些物质，茅膏菜都很爱吃。你可别以为茅膏菜只爱吃好吃的东西，达尔文试过给茅膏菜喂食用来制造炸药的硝酸铵，茅膏菜的反应也相当强烈。

于是达尔文就推测，茅膏菜之所以会进行捕虫的行为，是因为茅膏菜生长的环境中缺少氮元素。在研究了其他几种食虫植物后，达尔文就更加肯定了自己的想法，因为食虫植物生长的土壤的确比较贫瘠，缺乏有机物质。

但是，紧接着的情况就让达尔文有点儿郁闷了。因为他发现，并不是所有的含氮物质茅膏菜都喜欢。他发现了例外，比如说，茅膏菜对于氯化铵就很不敏感。为什么同样是含氮的化合物，却引不起茅膏菜的兴趣呢？这让达尔文百思不得其解。

达尔文是当时第一个将植物的捕虫行为与环境中缺少必需元素联系到一起的人，他对于茅膏菜的推测在后来也被证明是正确的。(7)但是，直到最后，达尔文也没有想通为什么茅膏菜对待硝酸铵和氯化铵的态度是截然不同的。这个问题相当有趣，我在这里先不公开答案，你可以边看边想，咱们末尾会公布答案，看看你能不能想到。

尽管这个结论对于达尔文本人来说，绝对比不上进化论那么惊世骇俗，但是在当时，依然算是相当另类的观点了。因为一直以来，植物学家都认为，食虫植物的运动行为只不过是类似含羞草一样的被动运动而已。当食虫植物的叶片被外力触碰时，它们为了保护自己，就做出了卷曲或者闭合这样的运动。如果“恰巧”有昆虫“路过”这些植物的叶片，叶片的闭合动作就有可能把昆虫困住。这就是食虫植物捕食的真相。

这个观点的提出者，正是整个生物学界不可撼动的、泰山北斗一样的人物，他就是现代生物分类学之父、双命名法的创始人林奈。林奈坚决拒绝承认植物的食肉属性，他无法相信，植物怎么可能会主动捕食昆虫。

温文尔雅的达尔文没有与任何人争吵。面对不同的声音，他选择了暂时沉默。达尔文在给朋友的一封信中，是这样描述茅膏菜的：“关于我钟爱的茅膏菜属，老实说你是不承认它的价值的；这是一种非常奇怪的植物，或者更应该说是一种颇精明的动物。我将维护茅膏菜属直到我死的那一天。天知道我是否会发表关于茅膏菜属的那一大堆实验。”

在沉默的那些年里，达尔文拿出了大量的时间，做了很多扎实的观察和实验。终于，在1875年，达尔文的新书——《食虫植物》出版了。这是人类历史上第一本研究食虫植物的专著。也正是这本书，用实实在在的证据改变了植物学同行们的认知。人类终于明白，植物不单单只是昆虫的食物，它们也可以主动捕食昆虫。

食虫植物的生态位相当有趣，它们所缺少的是植物生命中，除了碳、氢、氧三种基础元素之外最重要的元素——氮。如果把食虫植物比作创业者的话，它们让我想起了华为。华为不缺少客户，也不缺少资金。他们最大的问题，就是缺少用于生产手机的核心零件——芯片。坐以待毙不符合生命的本性，如果买不到芯片，我们就必须自己制造。食虫植物面临的境况也是一样，它们必须不惜一切代价，搞到赖以生存的氮元素。

氮元素的匮乏就是驱动植物捕食昆虫的演化力量。那么，这些食虫植物是否会在匮乏的驱动下越长越大呢？如果它们吃虫子吃上了瘾，会不会进一步去捕食青蛙和小鸟，再去捕食更大的哺乳动物呢？植物的细胞拥有细胞壁，对身体有很强的支撑力，所以，植物长到巨大的体形总比动物更加容易。如果按照这个逻辑进行推理，似乎自然界中演化出能吃人的树木，也是顺理成章的事情了。

很遗憾的是，植物虽然能主动捕食一些猎物，但能够把人这么大的猎物都吃掉的植物，还只存在于幻想小说中。随着对食虫植物研究的加深，科学家发现，植物吃肉这件事，其实也相当不易。

曾经有一位科学家，他为了测试现实生活中捕蝇草对人类的伤害能力，在捕蝇草张开的时候将手指塞到捕蝇草的夹子中。当捕蝇草牢牢咬住他的手指后，他就用胶带把捕蝇草的夹子固定住，然后维持了24小时的时间。24小时之后，他把胶带解开，发现自己的手指头上已经产生了一些瘀青的痕迹，瘀青的四周还长出了一些小血疱。这是消化液造成微弱肌肉溶解的症状。但除此之外，他的手指上就再也没有别的变化了。(8)

捕蝇草花费24小时造成的伤害，甚至远远赶不上一只马蜂的叮咬。按照这个消化能力计算，如果一个食肉植物想要把一个成年人消化掉，就算不考虑它分泌消化液和消化过程中耗费的巨大能量，至少它得消耗掉18吨水来产生消化液才行。(9)

本质上讲，食虫植物的消化方式是一种体外消化。它们分泌化学物质把猎物包围或者浸泡起来，让猎物在消化液中自然分解成植物可以消耗的物质，然后吸收掉。体形越大的动物，它们的体表面积与身体体积的比值就越小。就好像同样重量的白砂糖比冰糖溶解的速度快很多一样，消耗同样重量的一堆小昆虫，要比消化一只小鸟的速度快太多了。更大型的动物，自然溶解的速度就要更慢一些。所以，食虫植物宁可长出一大堆用来抓小虫子的小夹子，也不愿意长出一个可以抓住哺乳动物的大夹子。对于它们来说，捕捉大型动物显然是不划算的。

人类目前发现的最大的食肉植物，是一种叫作马来王猪笼草的植物。这种大型的猪笼草生长在马来西亚的山区。马来王猪笼草是一种藤本植物，它们的藤蔓匍匐在地面上生长，可以一直长到6米多长。在藤蔓的末端，长着由叶片特化而成的，用来捕捉虫子的笼子。

马来王猪笼草的捕虫笼，最大可以装3～4升的水。大家可以想象一下2.5升装的大可乐瓶，王猪笼草的笼子要比大可乐瓶的个头儿还要大一些。它们的笼子的高度常常可以达到40厘米。

科学家曾经在这些笼子里发现过老鼠的残骸，虽然它们没有达到能吃人的地步，但是能捕捉到同为哺乳动物的老鼠，也确实很令人震惊。不过，这种马来王猪笼草的巨大笼子，并没有违背我们前面讲过的规律。它们之所以长这么大，并不是为了捕捉老鼠，而是充当了另外一种工具，这就是动物的马桶。

马来王猪笼草

大家可以把王猪笼草想象成一个抽水马桶。王猪笼草的笼子也有一个盖子，形态真的就像是一个马桶盖子。王猪笼草会在这个盖子上面分泌出很多的蜜汁，吸引小动物来舔食它的蜜。而它分泌的这种蜜汁中含有一些类似泻药的物质，小动物吃了蜜汁后，几乎立即就会拉肚子。于是这些小动物一边恋恋不舍地舔食着蜜汁，一边把粪便排泄到王猪笼草的笼子里面。马来王猪笼草就是靠着给动物当马桶这种充满味道的方式，获取环境中所缺乏的氮元素的。

你会觉得给动物当马桶获得氮元素很奇特吗？还有更奇特的呢！

热带雨林里有一类植物，叫作积水凤梨。积水凤梨的叶芯里，常年都积聚着雨水，形成了一个树上的小池塘。树蛙会把蛙卵产在积水凤梨的叶芯里，蚊子也会在这里产卵。孵化出来的蝌蚪，就依靠吃蚊子的幼虫长大。积水凤梨给蚊子和树蛙都提供了繁衍生息的环境，那它得到了什么呢？答案也是显而易见的，那就是蝌蚪的粪便。

在南美洲安第斯山脉上，有一种名叫安第斯皇后凤梨的植物。科学家在野外考察的时候发现，总有一些死去的小鸟挂在皇后凤梨尖锐的叶片上。一开始，大家还觉得这可能就是意外而已。直到有一天，科学家在同一株皇后凤梨的叶片上，发现了六只死鸟，这才发觉事情不正常。后来，科学家亲眼看到一只小鸟被皇后凤梨的气味吸引了过去。当小鸟想要落下的时候，它的羽毛立即被凤梨的尖刺挂住了。小鸟越挣扎，就越是难以挣脱。终于，小鸟不再扇动翅膀，死在了皇后凤梨的尖刺上。皇后凤梨当然不会主动消化这只可怜的小鸟，但是死鸟腐烂后产生的液体，会顺着皇后凤梨的叶片流向中心，最终被叶片吸收。

你有没有发现，刚刚我讲述的这些食肉植物，它们其实并不是近亲？没错，据统计，食肉植物一共有600多种，分布在10个不同的科20个不同的属中。它们吃肉的本领也各不相同。很显然，食肉植物们并没有一个共同的祖先。现在，科学家通过基因测序等现代研究方法已经证明，分布在各个科属的食肉植物，至少有7次独立的起源。在氮元素匮乏的生存压力下，它们发明出各种各样渡过难关的方法，虽然方法各不相同，但却殊途同归。

但是，有一个重大问题仍然没有得到解释，那就是在更古老的年代里，这些植物是怎么开始学会吃肉的呢？我说出答案可能会吓你一跳：其实所有的植物，它们都会吃肉。在植物刚刚登上陆地的时候，陆地上连土壤都没有，更别提什么氮元素了。当时的环境里，缺氮，就是植物们的日常。当时，有一个不可忽视的氮元素来源，就是降雨。闪电的强大能量能让空气中的氧气和氮气发生反应，形成二氧化氮。而二氧化氮溶于水后，则会形成硝酸。含有微量硝酸的雨水，就是早期陆地植物最宝贵的氮元素来源。

现在问题就很清楚了。植物当然不会等着宝贵的氮元素渗入土壤再去吸收。那些演化出用叶片直接吸收氮元素的植物，就拥有了强大的生存优势。于是，这种能用叶子吸收氮元素的基因，就快速地在植物中传播开来。

在农业上，专门有一种肥料叫作叶面肥。叶面肥就是将肥料溶液直接喷洒在叶片的表面，让植物直接吸收。叶面肥所利用的，正是植物都会吃肉，或者说都能吸收氮元素这个原理。

讲到这里，不知道你还记不记得达尔文没有想通的那个问题：为什么茅膏菜对硝酸铵反应强烈，却对氯化铵无动于衷呢？原因就是，雨水中的氮肥都是硝态氮。对硝酸铵这种硝态氮的敏感性，是所有植物与生俱来的本领。

达尔文曾经用动物来称呼食虫植物，但是它们毕竟不是动物。动物捕食是为了获得能量，而植物进行捕食，只是为了获得氮元素而已。天生就被缺氮问题困扰的食虫植物，注定不可能长成巨无霸。但是，对于某些植物来讲，用最小的代价获得最大的生命规模，就是它们毕生的追求，这正是我要在下一节中为你讲述的故事。

第三节　爬藤植物，为攻城略地而生

尼尔·罗斯是澳大利亚的一名丛林探险家。罗斯住在澳大利亚东海岸的城市布里斯班。从布里斯班出发，只需要一个半小时的车程，就能到达格林洛克州立森林公园。这里有着茂密的榕树森林和巨大的藤本植物群落，是罗斯最喜欢来的地方。

罗斯那天的任务，是带领两位游客寻找一种能够结出“海洋之心”的神奇植物。海洋之心是一种直径可达5厘米的红棕色的植物种子，种子的形状像一个圆盘，圆盘顶端的种脐位置会微微凹陷，如果幸运的话，这颗种子很可能呈现出红棕色的心形。

这些种子成熟之后就会掉落到溪水里，然后沿着溪流一直漂到海边。一些种子甚至可能跟着洋流漂洋过海，曾经有人在墨西哥的西海岸捡到过这类种子。也正是因为这些种子漂洋过海的本领，才获得了海洋之心的美誉。

罗斯带着两位游客沿着布里斯班河支流一直向上寻找，他知道那些能够结出海洋之心的植物就生长在溪水旁边。

果然，在中午的时候，罗斯找到了他们要寻找的植物——一根粗大的藤蔓如同一条巨蟒，弯弯曲曲地缠绕在一棵已经死去的枯树上面。在藤蔓上生长着长达1.5米的巨大豆荚，豆荚中间一粒一粒鼓起来的地方，就是海洋之心。

粗大的藤蔓，一端连着溪水，另一端则通往密林深处。罗斯一行三人，沿着藤蔓一边走一边粗略地测量着藤蔓的长度。藤蔓曾经攀爬过的树木，多半都已经死去。一些比较粗壮的树木依然立着，但大多数枯树已经被藤蔓的重量压垮，歪斜着倒在地上。

经过一个多小时的艰难跋涉，罗斯终于找到了藤蔓的根部。这株藤蔓树根部位最粗的地方，直径已经接近1米。粗略测量的结果是，这一株藤蔓足足有1.5千米那么长。

刚刚说到的这种1.5千米长的藤本植物名叫榼（kē）藤，是豆科榼藤属的藤本植物。正是因为榼藤的种子，也就是海洋之心具有漂洋过海的能力，使得榼藤早已不是澳大利亚雨林的独有物种。这些种子可能在几百万年前，就已经远渡重洋，在整个东南亚，包括我国云南地区的雨林里安下了家。

那么，榼藤为什么能长到1.5千米长，成为世界上生命规模最大的植物呢？想解释清楚这件事，咱们就必须从什么是爬藤植物这个问题开始说起。

爬藤植物也叫作攀缘植物、藤蔓植物或者藤本植物。爬藤植物的共同特征就是自己的身体不能直立，必须借助别的植物或者自然环境，才能够向上生长。爬藤植物在我们生活中是很常见的，爬山虎、牵牛花、绿萝、葫芦、南瓜、葡萄甚至猕猴桃，它们都是爬藤植物。

榼藤压垮曾经攀爬过的树木

全世界究竟有多少种爬藤植物，并没有一个非常确切的数字。植物学家通过小范围的观察统计，推测出热带森林中有20%～25%的物种，都属于爬藤植物。(10)在我国，已知的爬藤植物有3000多种。与多肉植物或者食虫植物类似，这些爬藤植物并没有一个共同的祖先，它们比较均匀地分布在80多个科300多个属之中。(11)

我一直反复强调一件事情，要从能量获取的角度来看待植物。植物放弃了移动的能力所获得的回报，就是可以用三维的方式获取能量。它们的枝叶是三维立体的，可以在空间中全方位地获得阳光。它们的根系也是立体的，可以在土壤中全方位地获得水分。那些高大的乔木之所以长得高大粗壮，就是为了能比周围的植物照到更多的阳光。那些高大树木的树干里，大部分的组织细胞都已经死去，它们只起到支撑的作用，却不需要消耗养分。植物做的每一个改变，都是为了用更小的代价获得更多的能量。

但是，你有没有想过，如果把用最小代价进行生存这个策略发挥到极致，会发生什么事情呢？那就是干脆放弃直立生长的能力，直接缠绕着其他的树木，爬到森林的最高处，去争夺阳光。

我们之所以很难统计爬藤植物究竟有多少种，是因为获取同样多的阳光，爬藤模式消耗的能量，要比直立生长小得多。在这样的生存优势下，几乎所有的植物都有放弃直立生长的可能。

茂密的森林底部总是缺少阳光的。一棵小树想要长得像其他树木一样高，可能需要几年，甚至几十年的时间。小树很难在缺光的环境里存活这么久的时间，所以，茂密的森林中很难有新生的树木。

但是爬藤植物就完全不同，一棵爬藤植物的小苗，从发芽到爬到森林的顶端，只需要短短的几个星期就够了。成长为参天大树，对于植物来说，并不是必备的生存技能，它只是争取阳光的一种方式而已。

如果把森林中的阳光争夺战比作商业竞争，爬藤植物就是具备成本优势的那家公司。如果一家公司拥有了明显的成本优势，那么它最好的价格策略，就是跟随策略。无论对手定价多少钱，它的策略都是降价到比竞争对手便宜一点点的水平。这样，无论怎么竞争，有成本优势的一方都能获得更大的收益。竞争越是激烈，爬藤植物的生存优势就越是明显。

如果一项发明足够优秀，那它就必然会被发明很多次。爬藤这项技能当然也是如此。

早在蕨类植物统治世界的时代，就已经出现了攀缘卷柏（Selaginella helferi）和藤蕨（Lomariopsis cochinchinensis）这一类的植物了。尽管这些植物的结构还很原始，但是，化石证据表明，当年的藤本蕨类植物，已经有了可以伸长的主茎，可以攀爬到高大的树蕨身上进行生长。(12)从这一点来看，它们已经是毫无争议的爬藤植物了。

攀缘卷柏

藤蕨

众所周知，裸子植物以高大的松柏而闻名。但是，当裸子植物加入热带雨林的阳光竞争时，就改变了原有的策略。裸子植物中有一个纲叫作买麻藤纲。这个纲的植物主要分布在东南亚、南美洲和非洲的热带雨林中。买麻藤纲的植物相当古老，早在1.25亿年前的白垩纪，它们就和古老的银杏、苏铁共同生活在地球上了。(13)

早在5000多年前，古埃及人就已经开始利用爬藤植物了。当时的园丁在法老的花园中搭建架子，种植葡萄，创造了人类历史上最早的绿色节能建筑——葡萄凉亭。很快，葡萄凉亭的建造工艺就从古埃及传到了古巴比伦。随后，又从古巴比伦传入了欧洲。传说中的古巴比伦空中花园，就是由无数爬藤植物所组成的。

古罗马人酷爱饮用葡萄酒，他们喜欢在公共场所的建筑上方，搭建供葡萄攀爬的架子。这些长满葡萄藤的长廊和凉亭，就成了古罗马人休闲和集会的重要场所。(14)

除了葡萄，各种瓜类、豆类、胡椒也都是爬藤植物。我们的祖先似乎早就对爬藤植物司空见惯，很少有人好奇为什么会存在一类四处乱爬、不会直立生长的植物。

说到这里，我不由得再一次感慨达尔文的伟大。查尔斯·达尔文是第一位系统研究爬藤植物的科学家。

1859年，达尔文的巨著《物种起源》正式出版了。《物种起源》引来的各种非议，让达尔文应接不暇。他的身体本来就不太好，各种争议一来，更搞得达尔文身心俱疲。

1863年，达尔文的病情加重。为了养病，他干脆进入了近乎隐居的状态，几乎不怎么出门。除了几个好朋友以外，也不再和外界接触。也就是在这段时间里，达尔文在自己家的院子里，种植了42种爬藤植物。他仔细地观察了它们的生长状态、攀爬方式和藤蔓旋转的方向。

1865年，达尔文在当时植物界最有影响力的学术期刊《林奈学会会报》上发表了一篇题为《攀援植物的运动和习性》的论文。在后来的十几年里，达尔文不断完善和修正自己对爬藤植物的理解。

1882年，达尔文的身体状况已经相当糟糕，但他仍然重新修订了由这篇论文改编成的同名书籍，并且进行了再版。他在去世前，还为这本书重新撰写了序言。

这本关于爬藤植物的专著虽然不如《物种起源》那么出名，但在植物学界，如果想要系统地研究爬藤植物，这本书至今依旧是一本重要的参考资料。达尔文书中那些仔细而又严谨的观察记录，经受住了时间的考验。他对爬藤植物的很多认知，至今仍是植物学界的主流观点。

达尔文根据爬藤植物用于攀爬的器官，把它们分成了四大类。出于简便好记，咱们姑且把这四种攀爬器官叫作爬藤植物的四大发明。直到今天，根据这四大发明来给爬藤植物分类，依然是植物学上经典的做法。

不过，在介绍爬藤植物的四大发明之前，我必须先为你介绍另外一类植物。这类植物并没有发明出任何一种用于爬藤的器官，但是，如果把它们比作创业者，就可以说，它们已经存在攀爬的意愿了。了解了它们，你才能彻底地理解爬藤植物的演化过程。

一种名叫薇甘菊的入侵物种最大的本事，就是能够凭着蔓生的茎，快速地扩展地盘。

薇甘菊肯定算不上是传统意义上的爬藤植物，因为它们除了那些贴着地面生长的匍匐茎，它们的叶片和花朵都还是直立生长的。匍匐茎这种结构在植物中并不少见。比如，很多人工草坪使用的地被植物，也拥有匍匐茎。草莓、马铃薯、番薯这类植物，它们也能长出匍匐茎来。

虽然拥有匍匐茎并不能算是爬藤植物，但匍匐茎的实际作用却是与藤蔓类似的。匍匐茎横向生长，就可以帮助同一株植物在一块平地上占领更大的面积。对于草本植物来说，抢夺占地面积就等同于抢夺阳光。像薇甘菊这样的植物，如果遇到了竞争，比如，周围的土地已经长满了其他植物，它会怎么办呢？它的匍匐茎会继续生长，侵入别人的领地。新长出来的匍匐茎会压到其他植物的身上，新长出来的叶片也会遮住原本属于别人的阳光。这样的行为，与爬藤植物掠夺阳光的手段，是非常类似的。

虽然这些手段已经足以应对周围草本植物的竞争了，但是，如果薇甘菊面前有一堵墙，它还是没办法爬过去的。这时候，拥有一件专用于爬墙的发明，就显得至关重要了。

爬藤植物的第一个发明，叫作攀缘刺。顾名思义，这类爬藤植物是用长在茎部的棘刺或者倒钩去攀缘的。棘刺和倒钩并不是专门为了攀爬而生的器官，它们主要的作用仍然是为了避免哺乳动物的啃食。但是，当它们的茎部紧紧靠住墙壁时，新长出来的倒钩就会把墙壁钩住，实现向上攀爬的目的。

使用棘刺进行攀爬的植物中，最有代表性的就是藤本蔷薇了。这种蔷薇又被称为多花蔷薇，它们在亲缘关系上，是现代玫瑰和月季的祖先。

藤本蔷薇的棘刺

藤本蔷薇并非完全不能直立生长，只不过，它们茎部的支撑力不够。当它们长到足够高的时候，如果没能抓住可供攀爬的物体，它们细长的茎部就不得不倒下，贴着地面生长。对于藤本蔷薇来说，攀爬是一次有益的尝试。一株藤本蔷薇一个夏天可以覆盖上百平方米的墙壁，开上千朵花，这是普通的月季和玫瑰根本不敢想象的生命规模。

爬藤植物的第二个发明，叫作攀缘根。攀缘根也算不上专用的攀爬器官，它们是由不定根演化而成的。这类爬藤植物会一边生长一边长出不定根来固定自己。其实，如果你把不算是爬藤植物的薇甘菊种植在不太陡峭的山坡上，它们也能一边生长一边长出不定根来固定自己。所以，任何给生物分类的方法，其实都是人为的。在自然界，我们永远找不到一个非黑即白的明确界限。

常见的常春藤、秋兰、凌霄花、绿萝这些植物，都是用攀缘根进行攀爬的。榕树里的绞杀榕，也可以归类在用根攀爬的植物当中。

在使用攀缘根的植物里，凌霄花是很有趣的一种。凌霄花是属于紫葳（wēi）科的植物。在紫葳科下面，有凌霄和硬骨凌霄两个属。这两个属的植物，不仅形态和花朵都很类似，它们彼此之间还可以发生跨属杂交。

这两个属最大的区别，就在于凌霄属的植物是爬藤植物，而硬骨凌霄属的植物是披散的小灌木。所谓披散小灌木，其实就是一种枝条柔软纤细，不能很好地直立生长，但是又不具备攀爬能力的过渡状态。如果硬骨凌霄花生长在被其他植物包围的环境里，它们柔弱纤细的枝条就会爬到其他植物身上，遮挡掉属于别人的阳光。

对于使用攀缘刺和攀缘根的两类爬藤植物，在达尔文看来，都是爬藤植物比较原始的状态。达尔文更重视的，是下面我马上要讲到的另外两种发明。

第三种发明可以叫作安全绳。豆角、黄瓜、牵牛花这些植物都会长出柔软的触须，这些触须就像登山者的安全绳一样，一旦触碰到目标，就会立即缠住、锁紧，保护它们的茎部不会再脱落下来。

拥有触须的爬藤植物，它们自身的茎部也更加柔软，不再尝试直立起来。达尔文观察到，这类植物具有螺旋式生长的自然趋势，并且它们可以利用这种方式，朝着阳光充足的方向生长。它们的嫩茎会像鞭子一样，旋转着扫过一个很大的空间面积，来寻找附近的树干或者支架。如果仍然找不到支撑物，嫩茎就会沿着地面向着光线更亮的方向爬行。此时它生长的速度会加快，一边向着光线伸展，一边旋转着扫描周围的空间，一旦遇到可供缠绕的物体，就会立即缠绕上去。(15)

爬藤植物的第四种发明是最受达尔文重视的，那就是专用的攀爬器官。攀爬器官中最具代表性的，应该就是爬山虎的吸盘了（见后文《菟丝子，剑走偏锋的魔教杀手》插图）。

攀缘刺这类结构，比较适合钩住山崖和石块。攀缘根这类结构，比较适合抓住其他高大植物粗糙的树干。触须类的结构，比较适合抓住一些细嫩的枝条，在草丛和灌木丛中攀爬是比较有优势的。但是，这些结构都不是万能的。你没办法让一棵牵牛花顺着笔直光滑的墙壁爬上去，但是，爬山虎却做得到。

凌霄花的攀缘根

我国一位教授仔细测定了爬山虎吸盘的黏附能力。数据显示，爬山虎吸盘与墙面的平均接触面积是1.22平方毫米，平均黏附力是13.7牛顿。也就是说，只需要一个爬山虎的吸盘，就能够把一瓶1.2升的可乐吊起来。而1米长的爬山虎，平均有25个吸盘黏附在墙上。这样算下来，爬山虎的吸盘可以承受的力量，达到了自身重量的260倍。如果按照接触面积来算，那么只要动物的手脚与墙壁之间具有同样的黏附力，狮子、黑熊这样的大型动物，完全可以像壁虎一样，轻松地爬到垂直的墙上去。

牵牛花的触须

为了理解这么强大的黏附力是怎么产生的，何天贤博士进行了微观尺度的研究。他发现，爬山虎触须的末端在接触到墙面后，会立即发育成一个吸盘。在微观尺度下，任何物体的表面都是凸凹不平的。在吸盘接触到这些凸凹不平的表面之后，它们表皮的细胞就开始伸展和凸起。在显微镜下，这些伸长的细胞看起来就像是一根根的刷毛，它们会钻进物体凸凹不平的表面中去，填满墙面上的所有缝隙，与墙面严丝合缝地贴合在一起。完成了贴合工作之后，吸盘的表皮细胞就会分泌出黏液，这些黏液遇到空气就会固化，把表皮细胞牢牢地粘在墙面上。

我们在用胶水粘东西的时候，总是要用力把需要黏合的两样东西压紧。这么做的目的，就是为了增加两个表面在微观层面上的接触面积。爬山虎通过调整每一个表皮细胞的形状和长度，实现了接触面积的最大化。这就是它们的吸盘具有强大黏附力的原理。

一棵爬山虎的藤蔓可以长到20多米高，覆盖几百平方米的墙面。令人吃惊的是，只需要拇指粗细的主干，就能支持这么大的生命规模。藤蔓植物不愧是阳光争夺战中真正的赢家。

除了攀爬行为以外，达尔文还在爬藤植物身上观察到另外一个有趣的现象：在他所观察的42种爬藤植物中，有11种藤蔓总是向左缠绕，有30种藤蔓总是向右缠绕，而何首乌的藤总是显得有些随意，它们有时候向左，有时候向右。

达尔文如实地记录了这些现象，他还做了实验，证实了爬藤植物的缠绕方向是与外界刺激无关的。对于这个问题常见的解释是，这种旋转特性和植物的祖先原产地的位置有关。植物学家观察到，爬藤植物的茎尖会紧紧追随着东升西落的太阳。于是，在地球引力和磁场的共同作用下，就产生了左旋和右旋的差异。而生活在赤道地区的爬藤植物，由于太阳就在头顶，所以旋转方向就比较随意。(16)

但是，这样的说法还不够有说服力。毕竟，左旋和右旋两种不同的生长方式，差异似乎并没有大到会必然淘汰其中一种的程度。可以说，爬藤植物的旋转问题仍然是一个谜。在找到真正影响爬藤植物旋转的生物学机理之前，阳光、地球引力以及磁场影响这些说法都只能算是猜想而已，这些秘密，还需要后续的科学家继续寻找答案。

本节爬藤植物的故事就讲到这里。在自然界中，只要有相同的环境压力，生命就有可能拿出类似或者相同的解决方案，这就是趋同演化。

结尾的话

最后我还想说几句题外话。这一节的很多内容，都来自达尔文的《攀援植物的运动和习性》这本书。虽然说达尔文是生物学大家，但是你要知道，这本书可是1875年就出版了，到现在已经有将近150年的历史。在同一个时期出版的著作，基本上只有文学名著还具有可读性。但是达尔文的这本书，影响了一批又一批的植物学家，还影响着我这样的科普作家。

这本书的译者是我国著名的植物学家张肇骞。张肇骞是1900年生人，他年轻的时候，曾经在英国的邱园学习植物学。中华人民共和国成立以后，那个时候的中国可以说是一穷二白，各个学科都缺少人才，植物学方面的科研水平更是几乎为零。这本书的中文译本，也是在这样的时代背景下出版的。广州的华南植物园，也是在张肇骞院士的主持下组建的。在张肇骞院士的努力下，才有了我国植物学的发展和进步。

现代进化论的奠基人、生物学家杜布赞斯基有句名言，叫作“如无演化之光，生物学就毫无道理”。《攀援植物的运动和习性》这本书之所以隔了一个半世纪依然好看，是因为在整本书里，充满了科学精神和对生命演化的深刻洞见。

这本书一点儿都不难读，如果你是一位植物学爱好者，那我就建议你读一读这本书，从达尔文的视角，感受一下爬藤植物的魅力。

爬藤并不是植物扩大生命规模的唯一策略，下一节我要讲的故事，就与它们的另外一种策略有关。

第四节　榕树，热带雨林里的独立王国

不知道你有没有看过《少年派的奇幻漂流》这部电影，如果你看过的话，下面的这个情节，你肯定还记得。

载着少年派和老虎帕克的小船已经在海上漂流了多日。就在几天之前，他们还经历了一场罕见的暴风雨。由于饥饿与脱水，少年派已经奄奄一息，老虎帕克也意志消沉。海上暴虐的阳光，正在一点一点地把他们的生命抽走。他们没办法反抗，趴在船上等着死神最后的宣判。就在这个时候，恍惚之间，少年派感觉到他们的小船似乎停了。一片阴凉挡在了小船上面。仔细一看才发现，原来小船已经在一个小岛上靠了岸。更加奇幻的是，整个岛其实是由一棵树组成的，无数的气生根从大树上垂下来，一接触到地面，就能长成支撑大树的枝干。

小岛求生这段戏是整部电影的高潮，电影里的岛屿虽然是虚构的，但是，这种一棵大树就支撑起整个小岛生态的现象，确实取材于现实。在我上小学的时候，就学过作家巴金的一篇文章，《鸟的天堂》。文章中描写的鸟的天堂，就是位于广东省江门市新会区的一棵大榕树。在整个自然界里，只有榕树拥有这种独木成林的本领。

独木成林，这四个字看起来静谧美好，但是实际上却是暗藏杀机的。你可以想一想，在我们的城市里，最贵的东西是什么？是不是土地资源？你想在城市的黄金地段，开一个几平方米的精品店，看起来是岁月静好，其实背后隐藏的逻辑则是寸土寸金，你必须日进斗金才能维持生存，你可知道这背后的竞争压力有多大？榕树生活的雨林环境，气候温暖，降水丰沛。雨林就是地球生物最向往的黄金地段。

榕树可以“独木成林”

就像你可以在城市中心区的Shopping Mall中找到大部分的知名品牌一样，全世界一半的生物都拥挤在雨林当中，争抢着这里的资源。我们可以在雨林中找到三分之二的开花植物。只需要搜索一公顷雨林，我们就能找到超过4万种昆虫、800多棵树木和1500多种其他高等植物。

你想想看，在雨林这种寸土寸金的地方，一棵榕树独木成林，那就相当于一个店铺想独霸整个商业街的地盘，没有点儿特殊的本事，肯定是做不到的。那么，榕树是如何成就它在雨林中的霸业的呢？咱们还得从雨林的生态环境开始讲起。

我们普通人看待雨林，其实与不做生意的人看待商业街的眼光是差不多的。归根结底就是一个词：繁华。但是，透过雨林繁华的表象深入进去，我们却能看到另外一番景象。我们总以为雨林厚厚的落叶下面，必然是营养丰富、疏松肥沃的土壤。但事实上，雨林下的土壤，不仅不够肥沃，甚至是异常贫瘠的。这是因为雨林中的降雨特别充足，过多的水分流过土壤后，就会产生淋溶现象。土壤中的磷、钾、钙、镁等植物所需的元素会溶解到水中，随着土壤水分的下渗流失到地下水和河流中。土壤里剩下的物质，都是溶解度更低的铝和铁的氧化物。

正是因为这些氧化物的存在，让热带很多地区的土壤呈现红色或者浅黄色。这些物质不仅不能满足植物生长的需要，如果它们的含量超过一定的限度，还会对雨林的植物产生毒害作用。

好在雨林里的微小生物群落，对有机物质的分解效率特别高。当一个生命死去之后，无数的白蚁、真菌和细菌就会立即赶来。它们就像是训练有素的城市拆迁队，在很短的时间里，就能把死亡生物的残骸彻底分解掉。大量的营养物质，根本等不到进入土壤，就已经被各种各样的生物瓜分吸收了。

在热带雨林中，氮、磷、钾这类植物大量需要的元素，基本上只存在于活着的植物、枯木和腐烂的叶子当中，土壤总是保持贫瘠的。我们还拿商业街的环境来做例子，如果在商业街上，进入店铺的客流不足，商家们就会支起遮阳伞，架起花车，摆上促销台，去围追堵截那些行走在路上的顾客。因此，雨林里的植物如果想要生存得更好，就不能指望脚底下的土壤，它们必须打起精神，参与到更加残酷的地面营养竞争中去。

榕树，当然就是这场地面营养竞争的最强有力的竞争者之一。而且，榕树的目标可不仅仅是活下来。别忘了，榕树的野心可是非常大的，独木成林才是榕树追求的理想状态。想要达到这个状态，一棵榕树会面临两个重大困难，一个来自自身，另一个则来自竞争对手。

先说来自自身的这个困难。所有的生命，只要活着，就需要耗费能量。这就要求生命摄入的能量与它消耗的能量能够匹配才行。一棵孟加拉榕树投下的阴影面积，可以达到上万平方米，相当于一个半足球场的大小。如此之大的生命规模，只靠榕树最原始的根系肯定是无法养活的。对于这个问题，榕树的解决方案就是从它的枝叶之间不断地长出气生根来。

之所以称它们为气生根，是因为它们不像正常的根那样，是从地下的主根附近长出来的，这些气生根会从枝干上萌发出来，裸露在空气中，所以才叫气生根。

榕树的气生根会一直向下生长，直到长到够着下面的土地为止。一旦气生根触碰到地面，它们就会立即像真正的根系一样钻进土壤里。随后，气生根就会越长越粗，钻入地下的部分会发展成真正的根系，而留在地面的部分，则会长成真正的树干。这个全新的系统不仅能从地下吸收养分，还能起到支撑的作用。榕树的这种生存策略，有点儿像一家创业公司用独立核算的方式来考核新成立的分公司。如果每一家分公司都能养活自己，甚至盈利，那么榕树就能不断地扩大自己的规模，让公司越做越大。

一棵占地面积10000平方米的孟加拉榕树，大约有4000根已经承担了支撑作用的气生根。虽然榕树的树冠非常大，总重量也大到不可思议，但平均算下来，每一根气生根，只需要承担2.5平方米左右的树冠的重量而已，这对于粗壮的气生根来说，根本就不是问题。榕树就是依靠这些强壮的气生根，不断扩大生命规模的。

解决了自身生命规模的问题，榕树还要面对另外一个问题，那就是来自外部的竞争。榕树自己当然很想独木成林，独占一大片资源，但是其他的树木可不会轻易就把宝贵的生存资源拱手相让。只要是适合树木生长的地方，必然会长满各种各样的树木。不可能有一块地方，专门空出好几个足球场的空间，来供一棵榕树生长。那么，榕树是如何从一株幼苗长到占地上万平方米规模的呢？一个残酷的事实就是，榕树把阻挡它生长的很多树木都杀死了。这就是榕树用于应对外部竞争的秘密武器——绞杀作用。

绞杀作用是如何发生的呢？植物学家通过观察发现，榕树的气生根在触碰到外界的物体时，就会立即改变生长方向。如果它们的气生根触碰到左边的物体，就会向左边弯曲；如果触碰到右边的物体，就会向右边弯曲。这种特性让榕树的气生根会有一种缠绕住触碰到的物体的倾向。

在孟加拉国、泰国还有我国的云南地区，经常可以看到一些古老的佛塔，外面被榕树的根系紧紧地包裹着，形成“树包塔”的奇观。这是因为很久以前，一粒榕树的种子随着小鸟的粪便而落到佛塔的缝隙里，久而久之，就长成了树包塔的样子。如果这是一粒其他树木的种子，顶多会在建筑物上长出一棵小树苗来，而榕树就完全不同了。它的根系扎入佛塔的缝隙之后，它的枝干上还会持续地长出气生根。这些气生根一触碰到佛塔，就会向着佛塔弯曲，把整个佛塔抓住，并且向内包裹起来。

如果被榕树的气生根触碰到的东西不是佛塔，而是一棵小树呢？可想而知，小树当然也会被气生根全面地包裹起来。随着这些气生根逐渐变粗，很多小树由于生长受到限制，就被活活地勒死了。

假如我们用延时摄影，把这一切记录下来再快放的话，你可能会觉得榕树是一种恐怖的外星生物。

有这么一种榕树，名字就叫作绞杀榕。它们的种子会随着蝙蝠的粪便进行传播。绞杀榕的种子一旦发芽，就会立即长出根系，一路向下寻找土壤。绞杀榕一旦扎根成功，就会长出大量的气生根，把旁边的大树牢牢缠住。这些气生根扎入土壤之后，就会影响大树的根系生长，掠夺它们土壤中的养分。另一个方面，绞杀榕的枝叶还会把大树当作梯子，像藤蔓一样一直向上生长，直到爬到比大树更高的地方，去掠夺雨林当中另外一项重要的资源——阳光。在绞杀榕里应外合、上下夹攻的疯狂攻势下，被包裹的大树常常会因为营养不良而死去。因此，绞杀榕也得了个杀手树的恶名。

绞杀榕

这样的绞杀现象常常可以持续几十年，甚至上百年。在绞杀刚开始的时候，榕树身边的植物丝毫感觉不到危险，因为这些上空飘来的气生根与自己庞大的身躯相比真的不值一提，即使这些气生根接触到了自己的躯干，也不过是植物生长的正常竞争而已。

但是，随着时间的推移，竞争双方的优势和劣势就会逐渐显现出来。你可以想象一下，如果步行街上有两家相邻的快餐店产生了竞争关系，其中一家是M开头的超级连锁店，而另一家则是邻居老王开的夫妻档。你觉得他们的竞争谁会赢呢？榕树其实也是一样，榕树有数量庞大的气生根，每一根气生根都不是一个人在战斗，那些已经抓住土壤的气生根，会为榕树源源不断地输送养分，让那些处于竞争中的气生根能够茁壮成长。所以，初期看似平衡的竞争态势很快就会被打破，然后就会有更多的气生根缠住对手，掠夺周围土壤中的养分。

若干年之后，原来的参天大树已经彻底沦为榕树的支架，它们的根系吸收不到足够的营养，枝叶照射不到足够的阳光。终有一日，大树会彻底地死去，取而代之的是一棵生机勃勃的榕树。

讲到这里，你会不会觉得榕树有些霸道和残忍？其实你完全没有必要这样想。因为榕树的绞杀能力，从来就不是为了杀死竞争对手而准备的。我们观察到的绞杀现象，不过是大自然演化过程中发生的一个巧合而已。

大家应该都见过牵牛花吧。牵牛花能够用自己长长的藤蔓缠绕住树干或者篱笆，然后顺着它们爬上去。豌豆的茎部长出的那些触须，也能把自己卷成一个弹簧的形状，用来向上攀缘。这几乎是所有爬藤植物共有的特点。但是，你只要仔细观察就能发现，无论是豌豆的触须，还是牵牛花的藤蔓，在触碰到物体之前，都是直着生长的。直到触碰到物体之后，这些藤蔓或者触须才会卷起来，抓住目标。它们之所以能够做到这样的动作，是因为植物细胞在被触碰的时候，会发出一些特殊的化学信号。这些化学信号，可以让茎部正对面的那些细胞生长和分裂得更快一些。对面的细胞生长速度快，那些触须就自然而然地向着被触碰的方向弯曲了。

榕树气生根的绞杀现象，与豌豆触须发生弯曲的现象其实是差不多的。当气生根触碰到周围物体的时候，它们就会向着物体弯曲，而弯曲则带来更多的触碰，于是气生根就进一步向着目标弯曲，最后就牢牢地把目标抓住了。

牵牛花之所以没有把它攀缘的大树杀死，只是因为牵牛花的寿命实在太短而已。如果牵牛花也能够活上几百年的话，那么牵牛花最初攀缘的那棵大树，也一定会被牵牛花绞杀致死的。事实上，很多多年生的藤本植物，都有绞杀其他树木的情况发生。绞杀，并不是榕树的专利。

不过不管怎样，榕树这家创业公司依靠气生根，开启了一家又一家的分店，又依靠强大的绞杀能力，清空了一片又一片的街区，眼看就要独自占领一片领地了。但是，这时候新的困难又出现了，那就是整体稳定性的问题。

你可能会觉得，一棵大榕树有成百上千根气生根，怎么还会存在不稳定的问题呢？我给你举个例子，你就能彻底理解了。我们找1000个人，发给每个人一把大伞。这把大伞的面料很结实，伞骨是用很结实的合金制造的。现在让大家一起把伞打开，高高举过头顶，就形成了一大片连在一起的雨伞阵。现在我问你，这片雨伞阵最怕什么？会怕大雨或者冰雹吗？肯定不会的。雨伞阵最怕的是大风。因为虽然每一个举着雨伞的手都能够承受雨伞的重量，但是大风来的时候，所有的雨伞都会跟着大风晃动，阵形也就乱了。

所以，独木成林的榕树面临的问题也是一样的。每一根气生根都有足够的承重能力，但并不代表榕树就安全了。如果不能避免整体摇晃，只要一刮大风，榕树再大，也一样会被刮倒。

最终帮助榕树解决稳定性问题的，还是气生根。榕树的气生根会缠绕在其他的树木上，当然也会自己跟自己缠绕起来。不过，自我缠绕的气生根并不会把自己勒死。这就好像两家M开头的超级连锁店如果夹着一家夫妻档，那肯定能把夫妻档挤对得无法经营。但是，如果好几家同一品牌的店铺连在一起，就不会出现这种情况，充其量，只能导致许多家店铺合并成一家而已。

榕树气生根的自我缠绕就是这样，久而久之，这些气生根就会生长在一起，形成一个更粗壮的结构。这个结构在接近地面的时候就会四下散开，形成向四周辐射的木板状的侧根，这就是板根。板根的形态特别像火箭底部的尾翼，可以牢牢地把榕树支撑柱，不会左右晃动。即使是台风来袭，榕树也可以稳稳地固定在地面上，不会被吹倒。

榕树越老，它的板根就会长得越高。一些古老的大榕树，它们的一个板根就能长到3米多高，绵延十几米长。你想象一下，如果成百上千的榕树板根交织在一起会怎么样？那就会把地面分隔成一块一块像迷宫一样的区块，而这些迷宫之间，就是小动物的天堂。

榕树的板根越长越高，看起来是一件很神奇的事情。其实，只要回归生命的本质，你很容易就能理解这种现象。当榕树长大以后，由于地面空间被根系占据，新长出来的气生根就只能沿着地面横向生长。而这些气生根吸收的养分，要想输送到榕树的顶端，就需要先横着走，再竖着走，要绕一个大弯才能传输上去。这时候，最节约能量的办法，就是裁弯取直，利用比较高的管道运输养分。久而久之，榕树的板根就自然而然地越长越高了。

独木成林、绞杀一切以及板根迷宫，榕树的这些特征已经深深地改变了周围的环境。不仅越来越多的小动物会以榕树为家，还有凤梨、兰花、松萝等数量庞大的植物也在榕树上找到了自己的生态位。榕树从一个独霸一方的垄断型企业摇身一变，成了一个能够容纳多种生态的开放平台，实现了与周围动植物的密切共生。

在所有的共生关系中，与榕树关系最奇特也最密切的，应该算是榕小蜂了。想知道榕小蜂是怎么与榕树合作的，那就要先说说无花果。在我们普通人眼里，无花果就是一种来自西域的水果而已。然而，你有所不知的是，无花果树也是榕树的一种，而从广义上来说，800多种榕树的果实都可以叫作无花果。我们经常吃的无花果，也有几十种之多。

无花果之所以叫作无花果，就是因为古人们认为，无花果是一种不用开花就能结果的植物。实际上，榕树作为一种开花植物，当然也要开花授粉才能结出果实。只不过，它们不像别的植物花开在外面，榕树的花是开在无花果的里面的。在植物学上，这样的结构被称作隐头花序。

下次你再吃无花果的时候，你可以仔细观察一下无花果的果实。你会发现，在无花果的底部，有一个特别小的小孔，这里就藏着无花果最大的秘密。

刚才我们说了，无花果是隐头花序。一颗无花果，就像是一个大门紧闭的秘密花园，花园里盛开着数百朵白色的小花。而这个秘密花园未来的主人，就是雌性的榕小蜂。雌蜂在成年以后，就会四处寻找还没有主人的无花果。找到之后，就会努力地钻进无花果上的小孔，进入秘密花园的内部去。雌蜂的体形很小，为2～5毫米。但是比起秘密花园的通道，雌蜂还是显得太大了。它们必须非常努力，才能穿过小孔，进入花园内部。一旦雌蜂成功进入，无花果就会分泌出黏稠的果胶把小孔封闭，确保一个秘密花园只有一个主人。当然，这位刚刚进入的花园主人，再也不可能离开花园了。

雄性的榕小蜂也在寻找无花果，但是它们寻找的是那些已经有了女主人的无花果。雄蜂有一双强有力的下颚，它们会硬生生地在无花果上挖一个洞，进入花园的内部。雄蜂进入之后会四处乱爬，寻找雌蜂交配，它们在完成基因传递的同时，也帮榕树完成了授粉的使命。

雄蜂与雌蜂交配之后就会死去，而雌蜂也会在产卵后死亡。榕小蜂的幼虫孵化之后，会从无花果中钻出，继续着生命的轮回。

雌性榕小蜂正费力地钻进无花果

榕树创造的大环境，养育着为数众多的生命。榕小蜂就是对榕树依赖度最高的那些生命中的一种。榕树会在一年四季不定期地结果，让榕小蜂可以生存下去。假如榕树每年只结一次果，对于寿命只有几个月的榕小蜂来说，无疑就是灭顶之灾。(17)榕树创造的环境，就是榕小蜂生命的一切。对于榕小蜂来说，它们甚至没有必要知道，在榕树之外，还有一个很不一样的地球。

佛经中有：一花一世界，一叶一菩提。在你知道了榕树的故事之后，你是不是会觉得这偈语实在深刻。但我并不是这么想的，我会感叹生命演化的神奇和多样，任何可能的生存方式，都会在数十亿年的随机突变和自然选择中诞生出来；任何抽象的概念和哲理，我们全都能从大自然几乎无限的多样性中找到对应。相比于大自然演化的无穷魅力，人的那点想象力其实是不够的，我们能想到的，或许大自然都已经给造出来了。

第五节　根瘤，豆科植物的绝地反击

提到氮元素，你会想到什么呢？你也许想到了分布在空气中、无处不在的氮气，你也许想到了能够帮助植物生长的氮肥，或者，你想到了因为缺氮而集体学会了吃肉的植物们，不过，你想到蛋白质了吗？我们这一节的话题，就要从蛋白质开始讲起。

组成蛋白质的基本单位是氨基酸。已知的参与人体蛋白质合成的氨基酸有20种，它们就像是一个一个的积木块，可以组装成各种各样不同的蛋白质。氮元素就存在于氨基酸的氨基当中。

在富含蛋白质的食物当中，牛肉的蛋白质含量大约是20%，三文鱼的蛋白质含量大约是17%，鸡蛋含有12%的蛋白质，牛奶的蛋白质含量大约是3%。不过，位列蛋白质含量首位的食物并不是上面这些，而是一种植物性食物——大豆。(18)大豆的蛋白质含量接近40%，在所有食物中遥遥领先。还有一种名叫紫苜蓿的植物，它是专门用来养牛的牧草，紫苜蓿的蛋白质含量也超过20%，跑赢了牛肉。紫苜蓿与排名第一的大豆一样，都是豆科植物。

在我们的常识里，蛋白质丰富这句话常常是用来夸赞肉类食品的。到底是什么力量，能让大豆和紫苜蓿赢了这场比拼呢？想要知道这个问题的答案，我们就得跨越时空，回到巨兽横行的白垩纪去寻找答案了。

白垩纪是普通人最熟悉的地质年代。那些体形巨大的恐龙、遮天蔽日的蕨类植物森林，给现代人留下了非常深刻的印象。你可能还记得，发生在白垩纪晚期的那次天地大冲撞。一颗直径10千米的小行星落在了现在墨西哥湾的位置上，超过70亿颗广岛原子弹的爆炸冲击波过后，地震、海啸和森林大火席卷全球，遮天蔽日的烟尘让地球走进一段暗无天日的冬季。

很多人都以为，正是这次旷世灾难烧毁了蕨类植物森林，也导致了恐龙的最终灭绝。而哺乳动物和被子植物则抓住了恐龙灭绝后的生态位空缺，快速地发展了起来。其实，并没有那么简单。

生命演化的过程中，没有什么事情是突然发生的。在小行星撞击地球的灾难发生以前，哺乳动物和高等植物早已出现了，豆科植物自然也不例外。科学家根据基因分析发现，豆科植物起源于8900万～9400万年前。它们至少与恐龙一起共存了2000万年的时间。我列举这些数据是想告诉你，高大的蕨类植物并不是因为灾难而灭绝，让出了宝贵的生态位，豆科植物一直都在大型蕨类植物的夹缝中艰苦地求存。

大豆和紫苜蓿的蛋白质含量高于牛肉

现在，全世界大约有18000种豆科植物，在物种数量上排名第三。物种数量上排名在豆科植物前面的，是菊科和兰科植物。豆科植物中的物种数量繁多，这并不是用幸运或者意外就能简单解释的。所有物种数量众多的植物类群背后，都隐藏着一个普遍的规律。

请你想象一个行业，就比如说牙膏行业吧。牙膏在刚刚被发明出来的时候，整个市场上就只有一种产品。但是，随着市场的逐渐打开，喜欢上刷牙的客户逐渐产生了一些新的需求。为了适应这些需求，原本相同的牙膏就开始分化出细分市场。比如，专门清新口气的牙膏、专门减少牙龈出血的牙膏（当然这种牙膏其实都是治标不治本，弊大于利），还有专门给儿童用的儿童牙膏等。因为客户的选择压力，一个统一的市场就产生出很多细分市场。

你完全可以用牙膏的例子来理解物种的分化。豆科植物生长的地方，有些地方贫瘠，有些地方干燥，有些地方阳光充足，有些地方阴暗潮湿。每个不同的环境，都给豆科植物提供了完全不同的生存压力。这些压力筛选了它们，让它们逐渐分道扬镳，逐渐成为不同的物种。当然，豆科植物不可能像创业者一样，通过主动的创新去迎合市场的需求。它们的变异是随机的，每一个成功的豆科植物品种背后，都堆积着无数次失败的变异。

不过，你可别以为，只要经得起失败，就能发展壮大，遍布世界各地了。在经历失败之前，一个物种必须有活下来的本钱才行。纵观整个生命的演化史，豆科植物无疑是成功的。现在，全世界有1.24亿公顷的土地种植着大豆，要知道，全世界可耕种的土地面积才只有15亿公顷，仅仅大豆一个物种，就占去了所有耕地的约8%。别忘了，还有绿豆、黑豆、红小豆等很多豆类作物没有统计在内呢。所有这些豆科作物都比较耐旱，它们不仅能在贫瘠干旱的土壤里生存，还能改良土壤的肥力。不过，早期的豆科植物可没有在干旱地区生存下来的本事，它们龟缩在高大的蕨类植物的夹缝中艰难求存，这一忍就是上千万年的时间，直到它们遇到了合作伙伴——根瘤菌。

1884年，德国生物学家赫尔曼·海瑞格（Hermann Hellriegel）和他的助手，在实验过程中意外发现了一个很有趣的现象：他们在种植豌豆的实验中发现，如果种植的土壤经过高温灭菌处理，豌豆就生长得极差，它们似乎失去了耐旱、耐贫瘠的优良性状，状态看起来像是严重的营养不良，很容易死掉。但是，如果使用没有灭菌的自然土壤，豌豆就生长得特别好。

因为有对照组存在，赫尔曼很容易就想到，一定是灭菌的过程破坏了什么东西，影响了豌豆的生长。经过反复多次的重复实验之后，赫尔曼发现，高温灭菌后的土壤里并没有缺少什么营养物质，唯一的差别就是，土壤里的微生物在这个过程中被杀死了。赫尔曼不禁思考，难道天然土壤里的某种微生物可以促进豌豆的生长吗？

在那个时代，微生物学刚刚起步，人类对于土壤中的微生物认知几乎是空白。于是他们进行了进一步的实验，得到了迄今为止依然正确的答案：豆科植物除了可以从土壤中吸收氮元素外，也可以从空气中吸收氮元素，而吸收的途径就是利用根部的根瘤进行。赫尔曼还指出，豆科植物的根瘤不是贮藏营养的器官，而是进行固氮的场所。

1886年9月20日，赫尔曼把自己的发现在第59届德国国家自然科学大会上进行报告。千百年来，人类第一次意识到，原来植物还有另外一套吸收氮元素的方法。(19)

根瘤菌的发现，是绝对配得上一个诺贝尔奖的。然而，遗憾的是，诺贝尔奖的首次颁奖时间是1901年，比赫尔曼公布研究成果足足晚了15年。

历史常常就是这样，赫尔曼没有获得诺贝尔奖，现在也没有多少人知道赫尔曼这位科学家。但是，赫尔曼发现的根瘤菌却是被很多人熟知的一类细菌。根瘤菌能够利用空气中的氮气合成出植物可以利用的氨，这几乎快成一个常识了。但是，你可能并不知道的是，根瘤菌的固氮能力一点儿都不特殊。早期地球的大气中没有氧气，固氮能力让细菌具备了很强的生存优势，于是，固氮能力在细菌中得以广泛传播。我们把这类细菌叫作固氮细菌。目前，科学家已经发现，至少有16个属的细菌，都具有固氮的能力。

地球生命所需要的全部氮元素，都来自大气中占比78.1%的氮气。这些氮气被固氮细菌以极其复杂的方式转换成含氮的化合物。随后，植物会把这些含氮化合物吸收进体内，转化成植物蛋白。而动物则会通过食用植物来积累蛋白质。当动植物死亡之后，它们体内的蛋白质则会被细菌分解，氮元素则会再次进入土壤。一些细菌还会进一步分解土壤中的含氮化合物，让氮元素重新回归到大气中。这就是地球上的氮循环。可以说，今天这个生机盎然的地球，一定程度上就是从固氮细菌的工作开始的。有科学家相信，如果没有固氮细菌，地球很可能依然是贫瘠、荒凉的模样。

大部分的固氮细菌都是独立工作的，它们把氮元素积累在自己的身体里，等到它们死亡的时候，就会把氮元素贡献给土壤。但是，根瘤菌的行为有些不一样，它们的工作方式是与豆科植物进行协作。甚至在没有形成共生的时候，根瘤菌自己是不会固氮的，它们似乎只在与豆科植物共生并且形成根瘤以后，才能发挥出自己的固氮作用。(20)

生物学家面对这个现象，一直百思不得其解。这件事情的神秘之处在于，根瘤菌必须侵入豆科植物的根系才能形成可以固氮的根瘤。而这些根瘤组织其实是豆科植物主动形成的，如果豆科植物无法识别出根瘤菌，那么这种合作也没办法达成。更有意思的是，豆科植物与根瘤菌并不是世世代代都在一起生存的，它们并不像地衣中的真菌和藻类，天然就生活在一起。所以，豆科植物与根瘤菌的合作，必须先偶然遇到才能达成。

这特别像一个企业招聘人才的过程。豆科植物就好像是企业，而根瘤菌就好像是人才。人才如果没有遇到合适的企业，就没办法发挥出他的才能。而企业如果没有为这类人才营造特殊工作环境的主观意愿，他们的合作也是无法达成的。

事实上，根瘤菌与豆科植物的合作，很可能比人才找到一个合适的企业更加困难。因为根瘤菌和豆科植物都没有意识。根瘤菌不知道世界上有豆科植物的存在，而豆科植物也不知道还有一类细菌名叫根瘤菌。它们之间之所以能够形成合作，背后一定存在一个极为有趣的关于演化的故事，这也是科学家努力寻找的东西。

通过对根瘤菌的基因研究，科学家发现，固氮能力和在植物根部结成根瘤的能力，是由两个不同的基因控制的。所有的固氮细菌都拥有合成固氮酶的基因，但是绝大多数的固氮细菌没有在植物根部结成根瘤的基因。这个结成根瘤的基因也不特殊，它们广泛存在于一种土壤杆菌的身体中。这些土壤杆菌有能力感染各种植物的根系，形成植物根瘤病。

我们前面提到过，在细菌这个级别的微生物中，广泛存在着一种基因横向转移的现象。细菌就像是一个由基因拼装起来的积木模型，而基因则是用于组装模型的积木块。对于细菌来说，它们之间的基因交换并不会拘泥于传给后代，它们可以打破亲缘关系的界限，像拼装积木一样，把一个细菌身上的基因，拼装到另一个细菌的身上。这个现象让基因在生命中的传递变得非常复杂，也让生命有了更多的可能。

比如，一个细菌如果意外变异出一种抗药基因，这个基因不仅会传给下一代细菌，同时也会水平传递给其他的细菌。于是，一群细菌很容易就获得了抗药性。科学家认为，正是一些固氮细菌意外获得了能让植物感染根瘤病的基因，才变成了现在的根瘤菌。

但是，这个问题还没完。既然根瘤菌能够固氮，又能够通过感染植物的根系而形成根瘤，那么，它们凭什么一定要抓住豆科植物不放呢？它们为什么不去感染其他的植物形成共生呢？如果某类人才只想到某个特殊的公司去工作，那么，这家特殊的公司一定是有什么特殊的地方吸引着这类人才。科学家弄明白根瘤菌的两种基因之后，就把研究的目标转向了植物，他们很想知道，豆科植物与其他植物的不同之处到底在哪里。或者说，豆科植物这家创业公司，到底做对了什么事情，才留住了根瘤菌这个人才。

如果我们把豆科植物的根瘤组织切开，就能观察到一些粉红色的东西。在大豆、豌豆以及苜蓿的根瘤中也发现了这些粉红色物质。这似乎是豆科植物特有的现象。研究发现，这些粉红色的物质是大豆血红蛋白。这些物质在化学结构上与我们血液中的血红蛋白功能相似，都能够携带氧气。

对于根瘤菌来说，它们对氧气可以说是又爱又怕的。它们爱氧气是因为，想要固定氮气，就需要把氮气分子中的化学键打开才行，这需要大量的能量。而氧化反应则为根瘤菌提供了充足的能量。所以，维持一定的氧气浓度，对根瘤菌来说非常必要。但是，固氮酶是在早期地球厌氧环境里形成的，如果氧气含量过高，就会大大降低固氮酶的活性，影响固氮的效率。这种情况下，大豆血红蛋白就起到了调节含氧量的重要作用，它们会把含氧量维持在足以让固氮酶发挥作用的最低含量上。

对于大豆血红蛋白的早期研究发现，没有与根瘤菌形成共生的大豆根系中是不含这种血红蛋白的，一旦形成共生，血红蛋白就会被源源不断地制造出来。所以，很长时间以来，主流的观点都认为，大豆血红蛋白这种物质是根瘤菌合成出来的。但是，如果真相确实如此，那么根瘤菌就更没有理由非要选择豆科植物作为寄主不可了。事实上，除了豆科植物以外，确实还有很多种植物都与固氮细菌有着稳定的共生关系。豆科植物在演化的视角下，其实并不特殊。

到目前为止，我们至少发现13个属超过200种的非豆科植物与其他的固氮细菌产生过共生，这里边包括很多种松柏、苏铁这类裸子植物。这些植物并没有与根瘤菌产生共生关系。它们之中，有的是与放线菌共生，有的是与藻状菌共生，有的产生了根瘤，有的没有产生明显的根瘤。它们的共生体的生理结构也是不同的。这使得生物学家很难从中找到共性的规律。目前的共识是：植物与固氮细菌共生这件事，符合植物和固氮细菌的共同利益，这样的事情在地球上多次重复发生，是完全符合演化规律的。

还有一些固氮细菌，它们并不会与固定的植物形成共生关系，但是它们会聚集在植物的根系周围，靠吸收植物根尖分泌出来的有机酸来生活。这些固氮细菌给植物的回报，就是它们从空气中固定的氨。在雨量充沛的热带雨林里，很多附生植物，比如空气凤梨的叶片上也生活着一些固氮细菌，这些寄主植物与固氮细菌之间，也同样有着互惠互利的行为。

这么看来，似乎所有的植物都像创业公司一样，对于固氮细菌这么能干的员工，谁都想要招募。不过，比起那些零散的共生和互利行为，豆科植物与根瘤菌合作，依然是最牢固、最高效的。豆科植物到底特别在哪里？这仍然是个非常关键的问题。只要这个问题没有得到回答，我们就不敢说弄懂了共生固氮这件事情。

1998年，美国植物生理学家玛利亚的团队终于有了突破性的发现，这个发现终于回答了这个重要问题。在研究中，玛利亚的团队用非常严格的实验对比了大豆和豌豆在结成根瘤的过程中体内各种生物酶的活性，通过这些生物酶的活性，他们就可以判断根瘤的形成是谁在起主导作用。

如果上面这番话你觉得不好理解，我可以给你举个例子。这就好比有一个创业公司搞出了一个新产品，但是我们不知道到底是员工努力的成分更大，还是公司的付出更多。我们就在研发产品的时候监控这家公司的账户，如果每次研发新产品时，公司都投入了大量的资金，那么我们就可以判断，这家公司在产品研发上确实是投入了真金白银的。

玛利亚团队的研究结果确实证明了这件事情，所有被监控的生物酶的活性，在大豆和豌豆产生根瘤的过程中都有明显的升高。数据强烈地支持了产生根瘤的过程是豆科植物，而不是根瘤菌在主导。

先吸引，再改变，最后再实施控制，这是豆科植物征服根瘤菌的三大步骤。首先，豆科植物会从根部发出类黄酮、肌醇一类的信号物质，这等于在说：这里有份好工作，可以发挥你的特长，快来吧。附近的固氮细菌得到信号，就会聚集到豆科植物的根毛附近。这时候，豆科植物原本圆润的根毛细胞，就会在靠近土壤的一端伸长、弯曲，尽量扩大与土壤的接触面积。一旦固氮细菌与这些变形的根毛细胞接触，根毛细胞就会在细胞膜上打开一扇门，放固氮细菌进来。

豆科植物的根毛在吸引根瘤菌

随后，周围的根毛细胞的细胞壁会发生水解，形成一条管道，叫作“侵染线”。侵染线就像飞机抵达机场后搭建的廊桥一样，引导着根瘤菌进入根部深处。根瘤菌一旦进入根部深处，就等于与公司签署了终生雇用合同。根部细胞在根瘤菌的刺激下会大量增殖。一条条根毛就这样长成了一个个根瘤。此时的根瘤菌就再也无法离开这里，它们已经成为根瘤组织的一部分，这一步骤就叫作改变。

为了让根瘤菌高效地工作，豆科植物还会调动大量资源提供给根瘤菌。想要固定1克的氮气，豆科植物就需要消耗12克的有机碳，这绝对是一个代价巨大的付出。但是，豆科植物可不是冤大头，虽然付出巨大，但它们也真的把握住了全部的主动权。豆科植物体内有一种细胞分裂素，它可以有效地抑制根瘤菌的增殖。一旦豆科植物不再缺乏氮元素，它们就会毫不犹豫地抛弃自己的部分根瘤，以便减少能量消耗。而失去营养供应的根瘤菌却无法离开根瘤，只能接受死亡的命运。

豆科植物与根瘤菌，是一个植物驯化了微生物的经典案例，也是弱小植物绝地反击最后开疆拓土的故事。植物远不是我们看起来的那样柔弱被动，恰恰相反，植物在非常主动地适应环境、改变环境。为了生存，它们曾经艰难地登上陆地，也曾完成了环球大迁徙，它们甚至尝试着让自己活得像个动物。这些精彩的故事，都将在下一章为你揭晓。

(1)　《10个孩子吃荔枝死亡？多年前案例，医生提醒荔枝不宜空腹吃》，澎湃新闻.[2018-6-9].赣州发布.https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_2184332

(2)　来自中国疾病预防控制中心营养与健康所食物营养成分查询平台，https://fq.chinafcd.org/

(3)　中国植物志网．《中国食用（淀粉）植物》.http://www.iplant.cn/frps/jingji?page=3

(4)　陈冀胜，郑硕主编：中国有毒植物，北京：科学出版社，1987年，《中国有毒植物》物种库，http://www.nsii.org.cn/2017/minglu/youdu.html

(5)　张芬妮．味觉组织生物传感器的构建与味觉评价分析[D]．硕士学位论文，浙江大学，2013年。

(6)　柯珊：消失的植物——走进历史旧页的植物兴亡传奇，上海：上海社会科学院出版社，2005年，321.

(7)　[英]达尔文：食虫植物，石声汉译，北京：北京大学出版社。

(8)　Michelle Miley.What Happens If You Put Your Finger in a Venus Flytrap? (23 August,2018)https://www.gardenguides.com/12003452-what-happens-if-you-put-your-finger-in-a-venus-flytrap.html

(9)　Barry Rice..Can Venus flytraps digest human flesh? (2018)http://www.sarracenia.com/faq/faq2820.html

(10)　[英]达尔文：攀援植物的运动和习性，张肇骞译，北京：北京大学出版社，2014年，98.

(11)　刘芸．攀援植物的生理生态和生殖生态及其适应性研究[D]．博士学位论文，西南师范大学，2004年。

(12)　中国科学院中国植物志编辑委员会编：中国植物志6（3）卷，北京：科学出版社，2006年，142.

(13)　Hyosig Won, Susanne S Renner, Dating Dispersal and Radiation in the Gymnosperm Gnetum (Gnetales)—Clock Calibration When Outgroup Relationships Are Uncertain, Systematic Biology,Volume 55, Issue 4, August 2006, PP． 610–622.

(14)　[德]卡尔·路德维格：攀缘植物，付天海，刘颖译，沈阳：辽宁科学技术出版社，2004年，5.

(15)　周远瑞．华南藤本植物的生态学特性[J]．植物生态学与地植物学丛刊，1984（03）:29-36.

(16)　何祖霞：植物进化的故事，上海：上海科学技术出版社，2018年，55.

(17)　甄文全，朱朝东，杨大荣等．传粉榕小蜂与榕树的繁衍[J]．昆虫学报，2004（01）:99-105.

(18)　陈文新．生物固氮可促进农业持续发展[N]．中国科学报，2017-07-11.

(19)　郭宾会，宋丽．大豆中内生菌的研究及意义[J].扬州大学学报（农业与生命科学版），2019，40（06）:105-110.

(20)　陈文新，王恩涛：中国根瘤菌，北京：科学出版社，2011年，3-4.

第三章　生存大挑战下的最终赢家

第一节　苔藓，逆袭的胜利

2014年2月，南极的夏天即将结束。再过一周，考察船就会运来整个冬天的物资，接走准备撤离的研究人员。英国南极勘探局和雷丁大学的科学家聚集在距离考察站不远的雪地上，他们还有几个冻土层的关键样本要采集。完成这些工作后，他们也会跟随考察船回英国。

科学家脚下的积雪下面，是一片冰封已久的苔原海岸。这里即便是最新鲜的苔藓，也已经被冰冻了几十年之久了。首席科学家皮特·康维正在仔细选择钻取冰芯的地点，他希望获取到更古老地层里的土壤样本。这些冻土层的土壤，就像是一座档案馆，里面封存着很多不为人知的秘密。

经过夜以继日的努力工作，他们终于在更深的冻土层中采集到一份泥炭样本。这些泥炭主要是由一种非常耐寒的苔藓腐烂沉积而成的。康维教授非常看重这份样本，他认为，苔藓在南极甚至整个地球生态系统中的重要意义都被大大地低估了。

在前文中，我们讲过一个地衣抢滩登陆的故事。在地衣这个小生态中，真菌与蓝细菌精诚合作、抱团取暖，充分发挥出合作双方的特长，完成了征服陆地这样不可思议的任务。

但是，一个众人皆知的事实是，在现在的植物世界中，地衣并不是主流。比如，在荒凉的南极洲，地衣就不是成功的征服者。最终征服和改变了南极大陆的，是苔藓。纵观整个世界，我们会发现，绿色植物才是生物圈的真正建设者。那么，为什么最先占领市场的地衣却没能保持住它们的先发优势呢？原因是，绿色植物的祖先，通过反复迭代的精益创业，发动了一次技术革命。最后，它们成功逆袭，战胜了地衣。想要了解这个故事，我们还得把时间倒回去，从4亿年前开始讲起。

4亿年前的奥陶纪(1)，一个骄阳似火的下午，在距离海水不远的一块巨大礁石上，一片地衣正在艰难地拓展着疆土。在荒芜的陆地上，地衣是毫无疑问的垄断者，对于地衣来说，这里不需要征服，只需要占领。然而，在远离海岸的一个小小的淡水湖边，还有另外一名看起来柔弱不堪的“创业者”，它也在反复尝试着登上陆地。

那里的阳光同样暴虐，烈日用致命的紫外线一遍一遍地扫过荒凉的大地。似乎没有什么生命能在这样恶劣的环境里幸存下来。也不知道过去了多久，太阳终于被一大片乌云所遮盖，一阵倾盆大雨之后，湖水暴涨，淹没了周围的大片土地。在水洼中，一些细小的藻类孢子正在努力地萌发。它们要利用这极其短暂的时间迅速成长，并完成繁殖后代的任务。这是一些正在努力登上陆地的藻类。

规律交替的雨季和旱季，给水体中的藻类提供了巨大的自然选择压力。而数量惊人的藻类，则前赴后继地发明着各种各样熬过旱季的解决方案，谁能活下来，谁就是最后的赢家。如果说地衣通过与蓝细菌的合作抢滩登陆成功，那么这些藻类就是执着的精益创业者，它们将凭借着5次里程碑式的创新和一次又一次小规模的迭代，实现最后的逆袭。

第一个里程碑叫作茎叶分化。高等植物都有茎、有叶子，这已经成为我们识别植物的重要方法。对于以光合作用为生的生命来说，茎和叶子这样的结构总是可以帮助它们捕获更多的阳光，这是额外的生存优势。那个时候的藻类，并没有真正的茎和叶。在经历了无数代的生生死死之后，一部分藻类身上的茎叶结构已经变得像模像样了。它们不再需要把全身浸在水里，它们可以在没有水的环境里存活一段时间。只要能够活到下一次下雨，上涨的湖水就会再次覆盖它们的身体，它们也就能继续存活下去了。

但是，比起已经开始远征内陆的地衣，它们依然差得很远，因为，它们的繁殖过程还离不开水。藻类植物的精子细胞上长着两根可以摆动的鞭毛，当这些藻类植物被湖水淹没后，这些精子就会拼命地摆动鞭毛，从精子器里游出来，一直游到颈卵器中，与它们的卵细胞结合。结合之后的细胞叫作合子，而合子分裂之后，就能产生出能够长出新植株的孢子了。整个繁殖的过程，与纯粹水生的藻类没有任何的不同。对于迫切地想要实施“全球化战略”的藻类来说，这确实是一个相当严重的问题。

事实上，并不是植物登上陆地才会面临这个问题，动物也是一样的。鱼卵也需要在水中才能受精发育，两栖动物虽然已经登陆，却还是要把卵产在水中才行。众所周知，从爬行动物开始，它们就顺利地解决了这个问题，它们学会了交配，它们的卵也包裹上了坚硬而且能防止水分散失的硬壳。但是，身为植物，想要迈出这一步，则要比动物艰难得多。植物不会动，它们必须演化出更巧妙的方法才行。

藻类的登陆

古老的生命，最不缺少的就是时间，它们总是使用最笨的随机变异来解决最困难的问题。成千上万年之后，它们等来了第二个里程碑式的变异事件，从这一天开始，它们的演化之车才算是开上了快车道。

在正常情况下，藻类植物的精子与卵子结合后，会形成一个合子。而这个合子会先完成一次增殖，然后减数分裂，变成四粒孢子。一对精子和卵子变成四粒孢子，藻类植物就实现了一次数量增倍的繁殖。这次发生变异的，是它们的合子。合子并没有如期产生孢子，而是自顾自不停地增殖起来。一开始，合子就好像是一堆乱七八糟的细胞，但最终它长成了一个体形硕大的囊，在这个囊中，装满了数以百计的孢子。这就好像一个初创公司获得了投资，开始规模化生产自己的产品，它们的前途不可限量。

然而，大规模的生产也丝毫不能动摇地衣在这个世界上的地位。藻类繁殖得再多，也必须老老实实地待在水边，等待下雨带来的涨水。在第三次里程碑式变异到来之前，藻类依然没办法离开水塘。

终于，一株藻类植物出现了一个非常精巧的变异，第三次里程碑式的变异事件来了。当它的精子囊被雨水打湿的时候，就开始吸水膨胀，然后突然爆开，四散飞溅的精子会沾在周围的颈卵器上。然后，这些精子就沿着同样被雨水打湿的颈卵器表面的水膜游动，直到与里面的卵子结合。这时候的藻类已经不能再叫作藻类了，它们现在有了一个新名字——苔藓。苔藓不再需要泡在水里才能繁殖，只要有雨水或者露水把它们打湿，它们就能繁殖后代。从此以后，苔藓将离开它赖以生存的水塘，勇敢地向广阔的内陆进发。

不过，此时的苔藓，顶多也就是实现了从0到1的突破而已，比起保水耐旱的地衣，苔藓的劣势依然十分明显。首先，苔藓保持水分的能力很差。后世的被子植物演化出蜡质层、茸毛和凹陷的气孔来防止水分蒸腾，而此时的苔藓，却完全没有这类手段，它们只能在背阴的角落、岩石的缝隙这些相对湿润的环境里小心翼翼地生存着。不过，不管怎么说，苔藓终于独立自主地登陆成功了。

一个缺少植被覆盖的大陆，潮湿的环境可以说是相当稀有的。苔藓成功登陆之后，常常需要与更早登陆的地衣发生领地之争。地衣的真菌外壳能够很好地保住水分，但苔藓却不行，虽然它们还有休眠的本事，但休眠只能求存，却不能赢得竞争。不过，看似处处受到地衣压制的苔藓，体内却充满了创新的力量，这股力量就是：有性生殖。苔藓的每一粒孢子，都在产生着各种各样的变异，就像是一个不断改进产品的创业者，小步快跑式地尝试着一个又一个的新方案。

终于有一天，第四次里程碑式的变异事件终于到来了。这个变异就是苔藓的储水细胞。在没有雨水的时候，谁能更多地从空气中获得水分，谁就能抢到先机。苔藓的储水细胞可以把空气中的水分吸收到体内，然后储存起来。直到今天，苔藓依然保持着吸水能力最强植物的世界纪录。养过兰花的人都知道，兰花需要水苔进行保湿，而水苔就是晒干后的泥炭藓。不仅活着的泥炭藓能将吸水、储水的能力发挥到极致，死亡干燥之后的泥炭藓，也依然可以在细胞内储存大量的水，含水量可达干重的16～26倍（根据种类的不同）。(2)

死亡的苔藓细胞不再需要养分，也完全不消耗能量，但是它们仍然拥有吸水和储水的功能。这些死细胞就像是某种基础设施一样，创造出一个持久潮湿的大环境，为新生的苔藓铺平了未来发展的道路。

但即使是这样，剧烈的环境变化仍然可能会导致苔藓居住的环境整体变得干燥，这时候，任你有多么强大的储水功能也毫无用武之地。如果持久干旱，等待苔藓的命运，很可能就是彻底地死亡。不过，严苛的环境也帮助苔藓筛选出了应对的策略，那正是第五次里程碑式的变异事件，这个变异让苔藓可以适应更加严酷的环境，那就是苔藓的超级休眠能力。

在本节开头的故事里，皮特·康维教授在检查样本的时候发现，泥炭样本中有许多奇怪的丝状结构，这种结构，与苔藓的茎部和假根形态非常相似。康维教授知道，苔藓有很强的休眠能力，以前他就曾观察到，休眠几十年的苔藓还能复苏。他想，如果这些丝状结构真的是休眠的针叶离齿藓的话，说不定也有复苏的可能。在好奇心的驱使下，他决定把这些样本带回雷丁大学去培养。

康维教授后来也承认，他当时并不确定这些冰冻的苔藓残骸能不能活过来，他其实只是想试一试而已。实验人员把包含苔藓残骸的泥炭样本解冻，然后放在普通的培养盒里进行培养。每隔几天，他们会往泥炭上喷一些蒸馏水来保湿，整个过程非常简单，与我们平常种植观赏苔藓的过程没什么两样。整整一个多月的时间里，培养盒里的泥炭都没有发生任何变化。康维教授一度认为，这些苔藓恐怕活不过来了。但是，接近两个月的时候，奇迹发生了。最初是黑乎乎的泥炭表面出现了一抹淡淡的绿色。接下来的几天里，苔藓开始加速生长，很快就覆盖了整个泥炭的表面。

康维教授想知道，这些复苏的苔藓到底被冰冻了多久，于是他对这些苔藓进行了碳-14测定。测定的结果令他大吃一惊，这些苔藓居然已经在冰天雪地的南极地下沉睡了至少1500年！以隐生闻名天下的水熊虫，都没办法存活这么长的时间。这一意外发现，让生命隐生复活的纪录延长了十几倍，也让人们不得不对小小的苔藓另眼相看了。

到了这个阶段，苔藓与地衣对抗干旱的能力已经不相上下了。而且，苔藓在雨量充足的季节，可以通过播撒孢子来实现快速的传播。毫无疑问，在陆地争夺战中，苔藓已经逆袭成功，占领先机了。

让我们来简单回顾一下苔藓逆袭的过程。

第一个里程碑：苔藓演化出类似茎叶的分化结构，可以短时间在陆地上生活。

第二个里程碑：苔藓演化出孢子囊，可以大量繁殖后代，从此进入演化的快车道。

第三个里程碑：苔藓演化出可以爆开的精子囊，从此繁殖无须在水中进行。

第四个里程碑：苔藓演化出储水细胞，死去的苔藓也能帮助改善环境。

第五个里程碑：苔藓演化出长时间隐生也就是装死的能力，用来对抗恶劣的自然环境。

这五个里程碑级别的变异，就像是凑齐了呼唤神龙的龙珠，苔藓立即像开了挂一样加速发展，迅速在陆地上扩散开来。即便是在沙漠之中，我们都不难发现苔藓的影子。即使是在花草树木极其繁盛的今天，苔藓也依然是仅次于被子植物的第二大陆生植物类群。更重要的是，繁盛的被子植物类群，其实正是从苔藓中分化出来的。根、茎、叶、花、果，这些纷繁复杂的器官形态，就是从不起眼的苔藓开始起步的。

每一个不同的环境，都有可能成就一种不同的苔藓。目前已知苔藓有23000多种，虽然我们总是习惯统一用苔藓来称呼它们，但它们之间也有不小的差异。苔藓在演化的过程中也经历过好几次重大的分化，最终形成了苔纲植物、藓纲植物和角苔纲植物。角苔纲植物的数量很少，我们最后再说。我们先说说苔和藓。

区分苔和藓是很容易的，如果用一句话来简单概括，那就是：“苔”是趴在地面上生长的，而“藓”则是挺立着生长的。说到这里，我要插一句题外话。在查资料的时候我发现，由于翻译习惯的问题，我国台湾地区对于苔和藓的区分，与大陆地区正好是相反的。在台湾，“苔”是立着的，而“藓”才是趴着生长的。

带有雌托和芽孢杯的地钱雌株

插曲说完，咱们言归正传。

苔纲植物和壳状地衣的外形很相似，也是一片一片地附着在树干或者岩石上的，普通人常常会混淆苔藓和地衣，就是这个原因。苔纲植物根、茎、叶的分化都很不明显，总体而言，它们就是趴在地面上生长的。这种姿态的好处是不言而喻的。你想想看，如果湖水因为干涸而退去，那么唯一能够有点儿湿润的地方就是地表了。趴着生长的姿态能够最好地保持水分，避免干死。这也是苔藓最古老的形态。

在所有的苔藓当中，苔纲植物是最擅长利用无性繁殖的一个种群。在苔纲植物的背面，会长出一种叫作芽孢杯的结构，这种芽孢杯真的就像是一个杯子，里面装着数量巨大的芽孢。这些芽孢在旱季的时候就做好了准备，雨季到来之后，只要有一滴雨水溅到芽孢杯当中，里面的芽孢就会借着雨滴的势能弹射出来，落到附近的区域。这些芽孢会趁着潮湿的环境迅速成长为一株新的苔藓。芽孢生殖看似很厉害，但并不是什么新本领，这是生命从细菌时代就早已习得的古老生殖方式。芽孢繁殖与种子繁殖最大的差别，就是没有精子和卵子参与基因的交换。众所周知，有性生殖才是变异和演化的发动机，而藓纲植物，才是苔藓族群中装上演化发动机的那个天之骄子。

前面说过，藓纲植物的最大特征是它们能够立起来生长。这个动作看似简单，但实际上却是伟大的创新。这是从二维空间到三维空间的质的突破。比起那些趴在地面上生长的“苔”，它们已经产生了简单的根、茎、叶的分化。茎叶分化让藓纲植物首次可以将运输物质和生产物质的场所分开。细胞的分工，促进了效率的提升。四面伸展的叶片形组织，把光合作用的利用水平一下子提高了几十倍。这意味着藓纲植物可以拥有更快的生长速度，一旦下雨，它们就更容易抓住短暂的时间窗口，完成生长和繁殖。它们演化出来的假根虽然还只是一薄层简单的细胞，但这也让苔藓摆脱了只能吸收地表水分的尴尬，它们的根系终于可以深入陆地内部，全方位立体化地吸收土壤中的矿质元素了。

苔藓直立的茎干、舒展的叶片以及深入土壤的根系，预示着军备竞赛的开始。虽然此时的陆地上只有地衣和苔藓两种生命，但从此以后的几亿年里，这场掠夺阳光、矿质元素的战争将愈演愈烈，最终变成一个全球化的战场。而包括人类在内的所有动物最终都被卷入了这场战争。

除了比较原始的苔纲植物和比较革命的藓纲植物，苔藓这个种群中还有第三个种群，那就是角苔纲的植物。角苔纲的物种数量最少，只有100多种，却是苔藓大家族中最高级的一个种群。说它高级，是因为角苔做出了一个足以让整个植物界铭记的重大发明，那就是维管束。

“要想富，先修路。”这个维管束，就是植物用来传输水分和养分的高速公路。在维管束这种组织结构出现以前，植物想要把养分从一个地方运到另一个地方，就需要让养分分子一个一个地穿过细胞膜，移动到相邻的细胞。这就好像打水的时候，找很多人在水井边上排成长队，然后打上水之后，由一个人传给下一个人。这是一个效率非常低下的养分传输方法，所以这类植物也就注定长不了很大。维管束的发明，就好像直接安装了自来水管道，养分可以通过这些管道直接传输过去。这种改变，毫无疑问是颠覆性的。

一条公路带来的是电力、通信及各种配套基础设施的全面提升，维管束也是一样。包围维管束的纤维素和木质素让植物的茎部更加结实牢固，植物就能长得更高。这不仅意味着它们能收集到更多的阳光，还意味着那些装着大量孢子的孢子体也有机会长得更高，然后把苔藓的孢子撒播得更远。孢子体长得高，种子撒得远，这肯定是具有生存优势的。那么，到底让孢子体长到多高才算高呢？答案是，没有最高，只有更高。后来，这些不断长高的孢子体开始产生了类似枝条一样的分杈。再后来，这些高大的孢子体上还进一步分化出叶子来，成了光合作用的主力。而原本作为植物主体的配子体，却渐渐地退出了历史的舞台。

讲到这里，不知道你有没有听出来，这个越长越高的孢子体，其实就是我们身边最常见的那些花草树木。鲜艳的花朵、高大的树木，它们存在的唯一意义，只是把种子撒播到更远的地方而已。苔藓，用它一次又一次里程碑式的创新，不仅赢得了与老对手地衣的竞争，更是开拓了一个崭新的局面。死去的苔藓与风化的矿质土层混合在一起，变成肥沃的土壤。那些水中的苔藓残骸则会逐渐抬高湖底，让湖泊逐渐变成沼泽，最后再变成富含有机质的陆地。就是在这样不断迭代之中，地球的环境发生了巨大的改变，让越来越多的陆生生物出现在地球的舞台上。

第二节　走出非洲，景天科植物大迁徙

在前文中，我们已经介绍不少种植物了。不过，大部分的植物距离我们的生活都比较遥远。它们要么生长在干旱的荒漠中，要么分布在幽深的雨林里。其实，有故事的植物到处都是，它们很多就生长在你我的身边。

如果你走进身边的花卉市场，一定能注意到一类小巧可爱的观赏植物，它们就是多肉植物。多肉植物与咱们前面讲过的食虫植物一样，并不是一个严谨的植物学分类。只要某种植物根、茎、叶中的任何一个部分，演化出专门用来储水的器官，就可以叫作多肉植物。根据粗略的统计，全世界已知的多肉植物一共有1万余种，这些植物分布在100余个科当中。其中有一个科的多肉植物，它们色彩鲜艳，外形多变，生活习性也相差很大，它们就是景天。今天我要讲述的故事，就发生在这些景天科植物的身上。

景天科在植物界算是一个不大不小的家族，在邱园的世界植物数据库中，总共收录了1675种景天科植物。这些植物各有特色，比如，景天科青锁龙属的植物，原生地位于南非，长相就像是一个个绿色的宝塔。景天科莲花掌属的植物，原生地在墨西哥，它们是一种小灌木的形态。夏天的时候，它们的叶片就会包拢在一起，活像是一朵玫瑰花的样子。生长在我国西藏地区的红景天，有着适应高寒环境的独特能力。分布在墨西哥的景天科植物有好几个属，它们大多数都长得像一朵盛开的莲花。

形态多样的景天科植物

让植物学家觉得古怪的情况是，每一种景天科植物都只在一个范围不大的原生地里生存。这些植物，都是原生地的独有物种，除了原生地，其他的任何地方，都找不到它们的身影。而且，有很多个品种的景天科植物，现在都处在野外濒危的状态，几乎就要灭绝了。你想想看，景天科作为一个遍布全球的科，它应该具有很强的生存适应性才对，怎么会出现大量物种野外濒危的状况呢？这让植物学家百思不得其解。

如果你还没有感觉到这件事情的古怪之处，那我来给你举个例子。这就好比有一家国际知名的连锁餐厅，它的1600多个连锁店铺已经遍及全世界的每一个角落。位于北京的店铺，主要经营老北京炸酱面；位于墨西哥城的店铺，主要经营墨西哥炒饭；位于意大利米兰的店铺，主要经营比萨饼。但是，它的每一家店铺规模都很小，每一家店铺经营的品类也都不一样，而且有很多店铺，现在只能勉强维持营业，几乎就快要倒闭了。更有意思的是，没人能够知道，这1600多家连锁店中，到底哪家是总店，哪家是分店。也没有人知道，这家连锁餐厅，最早的时候，是经营什么起家的。怎么样？看到这个例子之后，你是不是也觉得景天科的身世有点儿不一般呢？

其实，由于景天科植物形态特殊，分布又十分广泛，它们的归类和起源一直都是植物学中的老大难问题。

早在300年前，这个问题就曾经难倒过当时最厉害的植物学家林奈。喜欢生物学的人肯定都知道林奈，他是动植物双名命名法的创立者，在物种分类学上，有着极高的成就。林奈1753年出版的植物分类学巨著《植物种志》中，就收录了上百种的景天科植物。林奈在面对杂乱的景天科植物时，也显得比较无奈。经过仔细比对这些植物的花朵结构之后，他在“虎耳草目”的下面创建了几个新的“属”，然后就把大部分的景天科植物放进去了。用现代人的眼光看，林奈在处理景天科植物的时候，显然是有些草率的。

门、纲、目、科、属、种是我们现在最常用的植物分类方法。不过，林奈最初设立的分类法中，还没有“科”这个概念。那个时候，“目”这个级别的下面，直接就是“属”的概念了。如果作个比较通俗的比喻，你可以把生物学的“属”理解为一个家庭，这个家庭的成员有很多共同特征的兄弟姐妹。比如说，黄瓜、香瓜、哈密瓜，一看就知道它们是很近的亲戚。它们都是黄瓜属的成员。而西瓜、南瓜、苦瓜还有葫芦，这些植物看起来也有不少类似之处，但是又不那么相似，看起来就像是一个大家族。这就是“科”的概念。同一个科的植物，一般来说，不需要很专业的学习，普通人也能看出它们的亲缘关系来。再往上到“目”这个级别，普通人就不容易找到植物的共性了。比如，即便我告诉你，秋海棠和西瓜都是葫芦目的成员，你也很难找到它们之间的共同特点。

就这样，在很长的一段时间里，景天科植物的身世一直不明不白。它们形态各异，又遍布在全世界的各个角落，但没有人能弄明白，它们为什么会是现在的样子。

有的植物学家猜测，所有的景天科植物应该有一个共同的祖先，是这个遍布全世界的祖先，演化出了多姿多彩的景天科植物大家族。但是后来，由于某种原因，景天科的共同祖先灭绝了。

这种假说确实可以很好地解释景天科植物的现状。但是，植物学家找不到任何证据来支持这个假说。如果景天科植物真的存在一个曾经遍布全世界的共同祖先，那么，这个祖先的数量一定不少，为什么我们到现在都找不到它们的化石证据呢？而且，相同的祖先，又是如何演化出形态千差万别的后代的呢？这个问题，一直过了一百多年，才有了新的进展。

1893年，22岁的植物学爱好者阿尔文·伯格，从德国的小镇墨斯利兹来到了意大利，他想找一份园丁的工作。一开始，只要是与照看植物相关的工作，他都会接受。很快，因为对植物的热爱和丰富的植物学知识，他的名气在意大利的园艺圈里逐渐大了起来。

1896年，一个偶然的机会，伯格见到了英国富商托马斯·汉璧礼。汉璧礼在意大利拉莫托拉地区深入地中海的一个半岛上，建设了一座私家植物园。此时，他的植物园正缺少有经验的管理人员。汉璧礼与伯格一见如故，就这样，伯格幸运地成为汉璧礼植物园的高级园丁。很快，他就当上了园长。

汉璧礼植物园是一所综合性植物园。不过，让伯格最着迷的，却是养在海边沙地上的那些多肉植物。伯格在管理植物园期间，多次引进品种，扩大了多肉植物的种植面积，让汉璧礼植物园显得别具异域风情。

伯格热衷于多肉植物的杂交、繁殖和育种工作，这一干就是18年。在这段时间里，伯格对景天科多肉植物产生了更深刻的认识，他发现，林奈在《植物种志》中给景天科植物的分类，很多都是错误的。其实，这些错漏很容易理解，林奈在给景天科植物分类的时候，见到的基本上都是植物的标本，他只能根据标本和少量的手绘图进行分类研究。但是伯格的条件完全不同，18年的时间里，他每天都与景天科多肉植物朝夕相处。

1914年，第一次世界大战爆发后，伯格无奈地辞去了他在汉璧礼植物园的工作，回到了德国。不过，40岁的伯格已经不再是当年那个闯荡江湖的毛头小伙子了。在多肉植物这个领域，他已经获得了很高的声誉。那不勒斯达曼园艺公司的创始人斯普伦格鼓励他说：“你应该继续研究多肉植物，这是你得天独厚的优势。”

伯格回到德国之后，很快在斯图加特自然历史博物馆的植物园里找到了新工作。他终于可以继续研究多肉植物了。也就是在这里，他养殖的多肉植物帮助他结交了大量的朋友。他的朋友里，有很多贵族和社会名流。正是在这些朋友的大力协助下，伯格才可以潜心研究多肉植物，几乎不用为经济上的事情发愁。不过，给伯格提供了更多帮助的，还是那些植物学家和探险家。

德国探险家库尔特·丁特和美国植物学家约瑟夫·纳尔逊·罗斯是对伯格帮助最大的两位朋友。丁特多年来一直在非洲从事多肉植物的野外考察工作，而罗斯则专注于美洲的多肉植物，尤其是仙女杯属植物的采集和研究。伯格在足不出户的情况下，就获得了大量的多肉植物种子和种苗。

1930年，伯格终于完成了他对已知景天科植物的整理和研究。他把景天科植物重新分成了6个亚科和33个不同的属。这下，所有之前被搞错分类的景天科植物，全都有了自己的位置。

但是，伯格并没有对自己的研究成果感到满足，因为他还有一个大问题藏在心里，一直都没有得到解决。伯格留意到，有4个属的多肉植物，它们的原生地是重合的，都是美国西海岸一直到墨西哥西部。这4个属，分别是仙女杯属、拟石莲花属、厚叶草属和风车草属。如果你本身就是多肉植物爱好者，当看到这几个名字时，你一定会感觉十分亲切。不过，即便你不熟悉也没关系，这不会影响你理解后面的内容。

伯格观察到，在这4个属的植物里，只有仙女杯属的植物是另类的。其他三个属的成员，它们不仅可以与同一个属的其他植物杂交，还能与其他属的植物跨属杂交，并且能够产生可育的后代。这说明，拟石莲花属、厚叶草属和风车草属的亲缘关系是比较近的。

但是，仙女杯属的植物是一个奇怪的特例，它与其他景天科植物生长在同样的环境中，外观特点也与拟石莲花属植物非常相似。但是，它们却无法与拟石莲花属、风车草属或者厚叶草属的任何植物发生杂交。如果不是因为伯格亲自去繁殖过它们，就很难发现它们的特殊之处。

为了让你理解仙女杯属植物到底有多特殊，我们再拿国际连锁餐厅来给你举个例子。这就好比说，在同一条街道上，开了四家同一品牌的连锁餐厅。有一天，这家连锁餐厅搞了一个促销活动，但是，消费者惊讶地发现，仙女杯餐厅的优惠券不能在另外三家餐厅里使用，而另外三家餐厅的优惠券却是互相通用的。那么，消费者们不禁会怀疑，仙女杯餐厅真的跟其他餐厅是同一品牌吗？

伯格又做了很多杂交实验，希望能找到仙女杯属如此特殊的原因。但是很快，不幸就降临了。1931年4月20日，伯格因为阑尾炎去世。直到去世的那一刻，他仍然思索着这个关于仙女杯属的古怪问题。

在伯格同时代的植物学家中，还有很多人也在进行着类似的研究，但都没有得到结果。这很好理解，在他们生活的年代，分子遗传学还没有诞生，想要解决仙女杯属的古怪行为问题，几乎没有可能。

1953年，两位分子生物学家，美国的沃森和英国的克里克，揭示了DNA的双螺旋结构。从此以后，分子遗传学成为生物学最重要的一个分支。人们终于明白，一个物种的演化，正是在DNA的层面上发生了随机的突变，这些随机突变的不断积累，就有可能催生出新的物种。

所以，科学家只要对不同植物的基因进行完整测序，就能通过比对DNA，辨别出植物之间的亲缘关系。再结合DNA随机变异的固定速率，就能大概了解两个物种分道扬镳的时间。

1978年，荷兰乌得勒支大学的博士生亨德里克·哈特，通过染色体研究和创建景天科植物基因库的方式，在伯格分类的基础上，重新规划了景天科植物的分类。起初，这只是他攻读博士期间选择的研究，但令哈特没有想到的是，这项研究极其艰苦，一做就是22年。2000年，56岁的哈特英年早逝。这是为景天科的身世之谜付出一生的第二位科学家。

随着技术的发展，基因测序工作变得越来越容易。同样热爱多肉植物的分子生物学家马克·莫尔特下定决心，他要把这个困扰了人类300年的老问题，彻底地解决掉。

2001年，莫尔特博士在密苏里植物园、加州大学伯克利植物园、亨廷顿植物园等6家植物园的支持下，带领团队开始了他的研究。研究并不困难，但工程量却十分浩大。莫尔特博士的目标，是对分布在景天科34个属的112种植物进行叶绿体全基因测序。等到测序完成之后，再看看这些植物在基因的演化上有着什么样的规律。

这次研究，莫尔特不仅弄清了仙女杯不能杂交的秘密，更找到了景天科植物的发源地。他还顺便把景天科植物走出非洲、走遍全球的迁徙图景，展现在人们的眼前。

早在1.4亿年前，景天科植物的祖先就已经生活在现在的南部非洲地区了。不过，1.4亿年前的大陆版图，与我们熟悉的地图可一点儿都不一样。那个时候，非洲是地道的世界中心，澳大利亚大陆与东非隔海相望。南美大陆与西部非洲严丝合缝地拼在一起，而北美大陆则连接着欧洲。

南非地区像是一个深入大洋的半岛，中部干燥，东部多雨。景天科植物禁不住降雨的诱惑，逐渐分化出一支，沿着非洲东部一直向北迁徙。

选择留在南非的景天科植物，随着气候的不断变迁，也发生了分化。它们最早分化出来的一支，演化成现在的青锁龙属。紧随其后，天锦章属、银波锦属和奇峰锦属都因为不同的环境而演化出了不同的形态特征。

沿着非洲东部向北迁徙的一支，由于雨量充沛，则分化出更加喜水、生长旺盛的伽蓝菜属。景天科植物的迁徙大军沿着非洲东部一路向北，不断占据着沿途半干旱地区的生态位。很快，这支部队就在整个北部非洲开枝散叶发展开来。

这时候，大迁徙遇到了第一次兵分两路的情况。它们当中的一支从北非与南美洲接壤的地方，也就是现在的巴西东北部地区，进入了南美洲。而另外一支，则通过埃及，也就是现在苏伊士运河的所在地，踏入了亚洲大陆。

进入亚洲之后，景天大军再次兵分两路，一支继续向东进发，到达印度和中国。另一支则向西挺进，进入欧洲。

不知道你有没有感觉到，景天科植物大迁徙的路线，与智人走出非洲的路线非常相似。你应该还记得，走到亚洲的智人，他们当中的一支一路向东，趁着寒冷的冰期，穿越了冰封的白令海峡，到达了美洲。但是，在景天科植物迁徙时，白令海峡尚未形成，大西洋也刚刚开始裂开，北美洲仍然与欧洲接壤。所以，景天科植物登陆北美洲，走的是一条与人类完全不同的捷径。

景天大军一路向西挺进，穿过了阿尔卑斯山，留下了现在的长生草属和神须草属；然后又一路向西，从现在的伊比利亚半岛进入北美洲。

你看，在南北美洲正式握手接壤之前，景天科植物就已经两次登陆过美洲大陆了。一支是从非洲登陆到南美洲的景天第一军团，它们最终演化成现在的拟石莲花属。而另一支，则是从欧洲登陆北美洲的景天第二军团，它们穿越了整个北美，最后来到干旱的北美西海岸定居，它们就是现在的仙女杯属。

直到1300万年前，南北美洲接壤之后，拟石莲花属和仙女杯属这两支部队才算是顺利会师。但是，距离它们在北非的分离，已经又过去了差不多1亿年的时间。难怪仙女杯属的植物不能与另外三个属产生杂交呢。

景天科植物的全球大迁徙，看似如同史诗一般壮丽，但背后却透射出生命求存时深深的无奈。作为一种适应了干旱环境的植物，它们在得到生存空间的同时，首先放弃的，便是家族的兴旺。它们迁徙的漫长旅程，其实就是追逐更多水分的旅程。然而，它们生长缓慢的特点，又注定无法赢得与其他植物的竞争。好在，景天科植物能够不断地求变，在进入一个新的环境后，总能寻找到一个竞争较少、相对恶劣的环境，存活下来。

景天科植物在发起全球大迁徙的时候，恐怕不会想到，若干年后，会有一种直立行走的灵长类动物，沿着它们的足迹，走遍了全球。它们更不会想到，它们肥胖呆萌的体态，竟然征服了这些灵长类动物。人类不仅心甘情愿地为它们浇水，更有一批科学家，历经300年的时间，前赴后继，只为了揭开景天科植物的身世之谜。

第三节　桉树，驯服考拉很容易

本节的话题我要跟你聊聊桉树。在很多人的印象中，桉树，就是一种树的名字。在我们的想象中，桉树上往往还坐着一只可爱的考拉。不过呢，从今天以后，你对桉树的印象可能要被颠覆了。

在炎热的澳大利亚新南威尔士州西部，有一座美丽的大庄园。在大庄园里，住着一位美若天仙的姑娘，她的名字叫爱伦。爱伦的爸爸——大庄园主霍兰，把两件东西视为掌上明珠。第一件当然是他的宝贝女儿爱伦，而第二件，则是遍布在他庄园里的数百种桉树。

爱伦的美貌尽人皆知，在她满19岁的那一天，登门求亲的人几乎踏破了庄园的门槛，每一位求婚者都带着贵重珍稀的礼物。然而，庄园主霍兰却根本看不上这些东西，他向所有人宣布，谁能叫得出庄园里所有桉树的名字，谁就可以迎娶爱伦。求婚者们万万没有想到，迎娶爱伦的条件，不是财宝，也不是身份地位，竟然是叫出几百种桉树的名字。

当然，在场的求婚者都没能通过这项考验。直到有一天，一位神秘的年轻人来到了庄园，他不仅说出了每种桉树的名字，还根据每种树的特点讲述了它们在异国他乡的神奇经历，正是这些故事，深深打动了爱伦的芳心……

这个童话一样的故事来自澳大利亚作家默里·鲍尔的著名小说《桉树》。关于这位认识每一种桉树的年轻人，最后有没有娶到美丽的爱伦，我就不向你剧透了。我只想通过这个故事来告诉你，桉树并不是某一种具体的树，我们一般说的桉树，指的是桃金娘科桉属植物的统称，有600多种。它们从矮小的灌木到高大的乔木，各种形态都有。绝大部分的桉树，都是澳大利亚的独有物种，只有极少数的几种桉树，生存在与澳大利亚隔海相望的巴布亚新几内亚和印度尼西亚岛上。在全世界范围内，从来没有任何一种植物，能像桉树一样，成为一个大洲独有的植物。其他的植物，要么是分布的面积极小，要么是没有独有性。

与我年龄相仿的中国人，很多都是因为考拉而认识桉树的。澳大利亚的考拉，几乎与中国的大熊猫享有着相似的地位。1995年的时候，中澳两国曾经联合发行过一套两枚的《珍稀动物》邮票：中国这边的是一只可爱的大熊猫抱着两只幼崽啃食着竹子；澳大利亚的则是一只大考拉背着一只小考拉，悠闲地嚼着桉树叶。

考拉在我们普通人的印象里，总是一副顽皮可爱、憨态可掬的样子。但事实上，考拉们的生活可以说是相当无趣。由于高大的桉树帮助考拉屏蔽了绝大部分危险，考拉的一生几乎只有两件事情可做，那就是睡觉和嚼桉树叶，如果供人参观不算是事情的话。考拉是袋鼠目动物，它们与袋鼠一样，会把幼崽放在自己的育儿袋发育，幼崽一直到可以自己觅食了才从里面出来。刚刚离开育儿袋的考拉幼崽是嚼不动桉树叶的，这是因为它们的牙齿还没有长好。这个阶段，它们只能以母亲的粪便为食。你可别觉得这件事儿很恶心，其实考拉除了桉树叶，根本没吃过任何别的东西。对于小考拉来说，母亲的粪便不过就是烹饪过的桉树叶而已。“烹饪”会让食物更好消化，考拉也懂得这个道理。

考拉每天睡觉的时间接近20个小时，它们一整个白天都在睡觉，只有深夜来临，它们才会起来觅食。考拉所有醒着的时间基本上都花在了咀嚼桉树叶上。它们每天要咀嚼上万次，吃掉大约三分之一体重的桉树叶子。即便如此，摄取的能量也仅仅能够维持生命而已。它们不得不在吃饱之后赶紧睡觉，才能把能量储存下来。这一点和我们的大熊猫也挺像的，都是每天吃很多很多，拉很多很多，这都是由它们的食谱单一，食物的能量密度太低导致的。

桉树的树叶十分粗糙，除了水分以外，桉树叶的主要成分就是木质素和纤维素。在能够称之为营养的物质中，占比最高的就是大约占桉树叶2%重量的桉叶油。桉叶油的用途很多，它可以作为食用香精，添加在冷饮、糖果、酒类和烘焙食品中。桉叶油还有杀菌作用，在很多牙膏和空气清新剂中都有添加。

不过，虽然桉叶油是个好东西，可是当作唯一的食物吃，也是不行的。根据毒理学实验的数据，5克左右的桉叶油就足以毒死体重一千克的家兔了。所以，对于大部分的昆虫和食草动物来说，桉树叶都是一种不值得吃的东西。吃得少了，没什么营养，吃多了搞不好还会中毒。最后，只有考拉演化出了消化纤维素并且代谢桉叶油的能力，让它们即使整天都在嚼桉树叶，也不用担心会发生中毒反应。

其实不只是桉树，所有的植物都或多或少地含有一定量的毒素，以防止害虫咬噬。这对于植物来说，是有着明显的生存优势的。想象一下，有两种很相似的小草生长在草原上，唯一的差别就是一种有毒，一种无毒。当虫害发生的时候，你觉得哪一种会幸存下来呢？即便是常见的芹菜、菠菜、西蓝花这些很可口的蔬菜，里面也都含有有毒的生物碱。不过，人类早已像考拉一样，适应了这些生物碱。甚至还有很多人，喜欢吃带有苦味的蔬菜。但是，这些苦涩的味道，对于一些体形比较小的动物来说，常常是致命的。

桉树为考拉提供了终身的庇护所，又造就了考拉专门消化桉叶油的独特体质。这让我不由得想起了苹果公司的产品。苹果公司的几乎每一种产品，在操作上与市场上的同类产品都有一定的差异。苹果公司，就像是桉树一样，在用与众不同的操作体验驯化着他的用户。用惯了苹果产品的用户，换了其他的产品，就会觉得浑身不自在。我就见过我身边的朋友，他们的手机从苹果换成安卓以后，好几个星期的时间都适应不了。不过，我自己倒是白天苹果、晚上安卓，无缝切换。被桉树驯化的考拉也一样，它们甚至没有办法适应任何别的食物，它们一生只吃而且只能吃桉树的叶子。

说到这里，你会不会觉得考拉与熊猫真的很像？确实是这样，熊猫也是在类似的环境里被竹子驯化的动物，它们对竹子如同考拉对桉树一样，也是高度依赖的。

正如熊猫是中国的国宝一样，考拉也是澳大利亚的国宝。比起几百年前才来到澳大利亚的欧洲人，很显然，桉树与考拉才是这片土地真正的主人。科学家在澳大利亚找到了距今2100万年的桉树化石，而在全世界的其他地方，都没有桉树化石被挖掘出来。这些证据让当时的植物学家相信，桉树，这种占据了澳大利亚75%植被面积的独有树种，就是在这片大陆上独立演化出来的。

但是，2011年的一些新发现，彻底推翻了我们对桉树起源的认知。在阿根廷巴塔哥尼亚地区的西北部，有一个新生代的化石矿床。你如果对于新生代不太熟悉，那你就记住，著名的白垩纪就是中生代和新生代之间的分界。新生代就是从6500万年前开始的。这个新生代矿床的名字也很绕嘴，叫作拉古纳·德尔亨科生物群。这个矿床出土过非常多著名的化石，被誉为世界上最具生物多样性的新生代化石矿床。(3)

生物学家玛利亚·甘道夫和她的团队，从几千个化石标本中找到了一组开花植物的化石。这些化石，看起来非常像桉树的花芽和叶子。玛利亚团队非常谨慎地核实了化石上这些植物组织的特征和结构。因为大家都知道，桉树是澳大利亚的特有物种，桉树的花芽和叶子出现在阿根廷是一件非常不合常理的事情。然而，核实的最终结果，还是确认了科学家最初的判断，这些化石确实是桉树留下的。而且，更令人吃惊的是，这些化石距离现在至少有5000万年的历史了。这比澳大利亚本土找到的桉树化石，差不多早了3000万年。

而2016年对在北美洲陆续发现的一系列化石的一项研究也表明，澳大利亚独有的有袋类动物也是起源于美洲大陆的(4)。我不知道一名澳大利亚人知道了这两件事，会有什么样的感受。我猜，大概跟我们听说中国以外的地方，挖到了更加古老的大熊猫化石是差不多的心情吧。

但是，让人不太好理解的是，桉树这种在澳大利亚占据绝对优势的树种，为什么会在它们的原生地南美洲神秘地灭绝了呢？对于这样的问题，即便是科学家，往往也没有办法给出确定的结论。现在比较主流的解释是，这是大陆漂移与演化共同作用的结果。

在桉树诞生的初期，地球环境比较温暖，而南美洲、南极洲和大洋洲都处在较高纬度的地区。由于气候条件相似，桉树从南美洲迁移到南极洲，再从南极洲迁移到澳大利亚，就是顺理成章的事情了。随着大陆板块的漂移和地球气候的逐渐变冷，生长在原生地的桉树无法适应南美洲与南极洲的寒冷环境，逐渐走向了灭绝。而逐渐向赤道方向漂移的澳大利亚大陆却越来越温暖，这才成就了生活在澳大利亚的桉树。

澳大利亚像我国一样幅员辽阔，但却算不上物产丰富。整个大陆四面环山，大陆中间则是大面积荒凉的沙漠，真正适宜生物生存的区域主要集中在海岸线附近。炎热的气候，贫瘠的土壤，任何生物想要独霸这片土地，都不是一件容易的事情。

澳大利亚的日照很强烈，这就给这里生存的植物带来一个巨大的挑战，那就是如何保持住体内的水分。过度的水分散失会让植物萎蔫死亡。我们熟悉的仙人掌科植物，选择的演化路线是将叶片特化成刺状，来减少水分散失。但是桉树的解决方案则完全不同。有一种桉树，名叫杏仁桉，它是世界上长得最高的树种之一，常常可以长到100米以上。俗话说：“大树底下好乘凉。”但是，假如你站在杏仁桉树的底下，你就会观察到，杏仁桉树的底下几乎就没有阴影。仔细一看你会发现，原来杏仁桉树把每一片细长弯曲的叶片都侧面朝向太阳，让叶片与阳光的接触面积最小。杏仁桉的叶片不会被阳光直射，自然就减少了蒸腾作用。

除了杏仁桉的特殊本领以外，所有的桉树叶片中，都含有大量的桉叶油，这些桉叶油就像是一层防晒霜，把桉树从叶片到树皮都包裹得严严实实，有效地避免了水分散失。

桉叶油还有一个很有趣的特点，就是闪点特别低，只有50℃。在澳大利亚这种炎热干旱的地方，即便完全没有外界火源，单凭高温干燥的天气，桉叶油都有可能会燃烧起来。2020年年初澳大利亚的大火之所以持续了半年之久，一个很重要的原因，就是森林里到处都是容易燃烧的桉树叶。

在漫长的演化过程中，桉树这种引火自焚的事情是经常发生的。这种经常经历山火的环境压力，也帮助桉树筛选出很多抵抗山火的优秀基因。比如，很多种类的桉树有着厚实的树皮，能够耐受很高的温度；还有一些桉树，可以做到在着火的时候迅速剥落树皮，从而保护树干免遭火灾；很多种桉树的果实有着特别坚硬的果皮，经历山火之后，可以让种子的萌发率大大提高。

除了上面提到的个性化的超能力，大多数桉树都具备的，就是在树皮剥落死亡之后，可以从主干上迅速萌发嫩芽的能力。山火之后，虽然桉树的树皮已经被烧得漆黑，但树皮里面的嫩芽却在暗暗地萌发着。只需要一场大雨，焦黑的桉树林里就能浮现出一丛丛的绿色。桉树的脚下堆积起来的厚厚的草木灰也成了桉树林恢复生机的肥料。桉树就是利用这样的“火循环”，逐渐地巩固了自己在澳大利亚的霸主地位。

桉树的这种行为，很像是那些动不动就发动自杀式降维打击的创业公司。他们不惜大幅度削减自己的利润，甚至赔钱去冲击市场，目的就是给市场上的同行以毁灭性的打击。有时候，他们甚至把整个行业都彻底颠覆也在所不惜。然而，因为早已习惯了野蛮生长，所以在每一次自杀式打击之后，能从废墟中率先站起来的，往往也是这类公司。

桉树的生长速度极快。一棵桉树小苗，一天就能长高3～5厘米，一个月就能长到1米多高。只要环境合适，桉树一年就可以长到10米左右的高度，是世界上生长速度最快的树种之一。很多人会以为，长得特别快的树，木材的质量往往不好。其实这个认识是错误的。木材的质量好不好，往往要看树木最终能长成的高度。因为木材质量与树木的高度是需要匹配的。树木越高，木质的硬度就需要越大，这样才能支撑树木的高度。

据调查，中国桉树的种植面积只占森林面积的 2% 左右。但是，就是这2% 的桉树，却生产出全国大约三分之一的木材。(5)如果你关注过家具市场，就会发现，这些年来有一种名叫“澳洲红木”的木材，质地坚硬，价格便宜，已经成为红木的替代品。其实，“澳洲红木”正是一种名叫红柳桉树的树种。

红柳桉树可以长到40～50米的高度，这在桉树中并不算高个子。前面提过的会转动叶片的杏仁桉，多年来就保持着树木高度的世界纪录。历史上有记录的最高树木是一棵杏仁桉，它高达132米，相当于44层楼房的高度。(6)根据木材的力学特性，建筑学家计算出，一棵生长在地球上的树，它的极限高度是140米左右，再高，就超出了单根木材能够承受的高度极限了。这棵世界最高的杏仁桉树，已经接近了树木的理论高度极限。

一棵树想要长到100米以上是相当不容易的，它需要有超级强大的根系固定自己并提供养分；需要软硬适当的木质，既能抗风又能支撑体重；还需要能够抵御虫害，不让害虫蛀出孔洞。所幸的是，上面的条件，桉树全都具备了。但是，桉树高大之谜并没有被彻底解开。还有一个终极问题需要解释，那就是：桉树是如何把水分输送到 100米高的树冠上去的呢？

提到吸水，你可能会想到大气压力。但是，物理学常识告诉我们，一个大气压大概只能把水柱提升10米而已。显然，仅凭大气压是没办法让水提升更高的。

第二种向上输送水分的方法叫作渗透。我们炒菜的时候，往锅里一加盐，蔬菜里的水分就会立即渗出来，蔬菜也就打蔫了。植物学里，把水分从土壤压入细胞的力量叫作根压。然而，根压并不是无限大的。根压的背后，依然是大气压在起作用。所以，根压最多也只能把吸收的水分提升10米。

那么，有没有一种不受大气压限制的传输水分的办法呢？还真有，这就是浸润现象。如果我们拎着一条毛巾，只把毛巾的一角浸到水里，用不了多久，整条毛巾就都吸满了水，这就是浸润现象。水之所以会沿着毛巾向上爬升，是因为毛巾上的纤维与水分子有很强的结合力，就是这股分子间的作用力，拉着水向上走的。分子间作用力不受大气压的限制，所以有把水分提升到更高的潜力。

植物导管的管壁是由非常亲水的纤维素细丝构成的，这些亲水的细丝互相交错，与水分子充分接触，产生非常大的表面张力。这些结构的吸水能力，可比毛巾强得太多了。这些结构也让水面与空气的接触面积变得非常大，植物的气孔一旦打开，水分就会立即蒸发。蒸发的过程给植物的导管提供了相当大的负压。根据测算，树木依靠蒸腾作用，可以产生相当于15个大气压的负压，这么大的压力，就足以把水分提升到150米的高度了。(7)这就是树木输送水分的秘密。

桉树是一个植物与大环境协同演化的经典案例。桉树为了在干旱的土地上生存，而演化出异常发达的根系。而这些根系，则成为桉树持续变高的基础。桉树为了躲避干旱和虫害，演化出缺乏营养，同时充满了桉叶油的树叶。结果，它却用这种独特的食物，意外地驯化了高度依赖桉树的考拉。桉叶油的保护导致草食性的昆虫缺少食物，进而导致桉树林中的昆虫种类减少，较少的昆虫让鸟类和啮齿动物也随之减少。最后的结果，就是让桉树林的生物群落变得更加简单。

先是适应环境自我改变，然后逐渐开始影响环境，最后把自身变成环境去影响整个生态，植物之所以能够展现出比动物更加强大的力量，靠的就是这个方法。桉树在自我的演化过程中，不仅轻轻松松地驯化了考拉，更驯化了整个桉树林中的生态链。在下一节里，我要给你展示一种另类的植物，它们在求存的过程中，走上了一条另类的道路。

第四节　菟丝子，剑走偏锋的魔教杀手

植物不会动，但是这并不代表它们不会想办法活得更好。在前面的章节中，我已经为你介绍了很多种植物求存的方式。它们为了活下去，学会了制造有毒物质，还普遍地学会了吃肉。为了找到合适的生存环境，它们还能全球迁徙。不过，不管这些特征多么奇怪，它们终归看起来还像是一株植物。而今天我要给你介绍的这位，似乎已经过腻了植物的生活，想要朝着动物的方向发展一下了。

在一个实验室中央的小圆桌上，摆放着一个小巧但结构复杂的玻璃设备。设备的两侧分别是两个圆柱体玻璃容器。左边的圆柱体内空空如也，只在最底部装着一些土壤。右边的圆柱体内，则生长着一株番茄。两个圆柱体之间用复杂得如同迷宫一样的玻璃管道相互连接着。在整个装置的正上方，是一盏明亮的射灯，它在为那株番茄提供着必要的能量。

突然之间，左边圆柱体内的土壤表面似乎动了动。还没等人们看清楚情况，一条金黄色的“蠕虫”就猛然间从土壤里钻了出来。它的身体从土壤表面直立起来，摇摇晃晃地画着圆圈。现在，它露出土表的身体已经很长，看起来也不太像蠕虫了。此时的它，看起来更像是一条被激怒的眼镜蛇，正在警惕地观察着四周。很快，它的身体又从土壤里钻出来不少，细长的身体已经不再像蛇，而是像一根活着的意大利面条——无论形态还是颜色都很像。

这根“意大利面条”时而直立，时而又俯下身体。它一边蠕动，一边跳着奇怪的圆圈舞。很快，它就触到了圆柱形玻璃容器的内壁。它扶着透明的内壁站起来，迅速向连接着两个圆柱体的那条玻璃管道靠过去。

它的头部刚一钻入管道，就像是嗅到什么气息一样，一下子加快了爬行速度。它就像是一个经验老到的猎人，虽然中间的玻璃管道有很多岔路，结构复杂，但它却迅速找到了那条最佳路径，坚定地钻进了右边的玻璃容器。就在它触到那株番茄的一刹那，它的身体迅速卷曲起来，猛地缠住了番茄。

我刚刚描述的捕捉番茄的生物，既不是蠕虫，也不是蛇，当然，更不是意大利面条。这其实是一种名叫菟丝子的植物，发芽后第一次捕猎行为的录像快放。从录像上看，它真的就像是一条正准备偷吃鸟蛋的蛇。

菟丝子是一种寄生植物，属于旋花科。在我们比较熟悉的植物中，与菟丝子亲缘关系最近的，应该是同属于旋花科的红薯和牵牛花了。作为一种寄生植物，菟丝子的体内几乎没有叶绿素，也不长叶子。所以，菟丝子的样子看起来真的就像是一根意大利面条。这才有了刚刚我给你讲的那一幕：菟丝子像一条蛇一样钻过玻璃管道制成的迷宫，抓住了可怜的番茄。

我们在前面曾经说过，植物吸收和利用能量的效率比动物要高得多。而菟丝子这种放弃了根系、放弃了光合作用、专注于捕捉猎物的寄生植物，真的有生存优势吗？它们是如何变成现在的样子的呢？别着急，咱们先回到刚刚的实验，答案很快会浮出水面。

这个菟丝子钻过玻璃管迷宫来捕食番茄的实验，是宾夕法尼亚州州立大学的一位女昆虫学家设计的。她名叫康苏埃罗·德莫拉埃斯。鉴于她的名字实在不太好念，后面我就叫她德莫拉博士了。

菟丝子探进管道，向番茄靠近，像一条正准备偷吃鸟蛋的蛇

在做这个玻璃迷宫实验之前，德莫拉博士已经做过很多次实验了。她想通过实验了解一下，菟丝子是如何找到宿主植物的。

最初的时候，德莫拉博士尝试着用各种各样的方法迷惑菟丝子，想看看菟丝子寻找食物的能力。她先是用伪装的假花把菟丝子围起来，可想而知，菟丝子识破了德莫拉的计谋，对假花无动于衷。

随后，她又用真正的番茄吸引菟丝子，只不过，这些番茄都被德莫拉扣上了玻璃罩子。这一次，菟丝子依然无动于衷，即便它的触须已经碰到了玻璃罩子，它也丝毫没有对近在咫尺的番茄表现出任何兴趣。

第三次，德莫拉用一些透气的纱网把番茄包裹起来，然后把包裹好的番茄放在暗处。这一次，菟丝子立即发动了攻势，它迅速地朝着被纱网包裹的番茄苗爬过去，并且用藤蔓缠住了纱网。

德莫拉因此判断，菟丝子是依靠嗅觉而不是视觉来寻找猎物的。于是，德莫拉就设计了开头我给你讲述的那个实验。她用玻璃管搭出一个迷宫，她想看看，菟丝子的嗅觉到底有多灵敏，它们是否能依靠嗅觉的引导，找到穿过玻璃迷宫的道路。很显然，菟丝子做到了。

植物拥有嗅觉，这并不是什么新鲜事。很多人都有这样的生活经验，把那些比较生的水果，放在那些已经成熟的水果附近，就能让它们快点儿成熟。相反，如果能及时从水果堆里，把已经成熟的水果挑出来单独放，就能让水果保鲜更久。水果们之所以能够同步关于成熟的信息，靠的就是它们的嗅觉。

1924年，美国农业部的科学家弗朗克·邓尼发现，佛罗里达的果农们会采用煤油灯催熟水果。于是，他就对煤油灯燃烧后产生的气体进行了研究。最终他发现，是煤油油烟中的乙烯气体，起到了催熟的作用。

德莫拉博士也对番茄的挥发物进行了研究。研究发现，帮助菟丝子找到番茄的，是一种名叫β-月桂烯的物质。菟丝子正是凭借着对这种物质的感知能力，才能穿过玻璃管道迷宫找到番茄。这个过程看起来像是动物的捕食行为，但实际上，这比动物通过捕食来获得能量的方法可要高级多了。番茄对于菟丝子来说，并不是简单的食物。它们并不想真的把番茄杀死，它们只是抓住番茄，吸食番茄身上的养分而已，而番茄依然还是活着的(8)。

根据德莫拉博士的研究，菟丝子在寻找宿主植物的过程中，起作用的只是嗅觉。在她的实验中，菟丝子似乎没有任何关于视觉的反应。但是，我国科学家的另外一项研究却发现了一些新东西。厦门大学的植物学家李东霄博士和他的团队在研究中发现，菟丝子的行为是受到光信号和化学信号的共同影响的。当菟丝子感受到红光和白光时，它们的藤蔓就不会发生缠绕反应。如果它们接近了宿主植物，宿主植物身上反射的蓝绿光就会促使菟丝子的藤蔓卷曲，从而抓住猎物。(9)对于菟丝子来说，大面积的绿光意味着宿主植物生长茂盛，可以放心大胆地吸收宿主的养分。如果绿光消失，则意味着宿主植物可能已经萎蔫，是时候寻找其他的宿主了。

菟丝子的行为，非常像是对外出租商铺的房东。他们从来不会关心商铺经营的好坏，也不会为租房的商家提供什么帮助。身为房东，他们坐享其成，不用工作。他们唯一关心的事情，就是按时收取房租。如果商家经营得力，他们一定还会想着给房租涨价，在这场交易中多赚一笔。菟丝子在抓住番茄之后，采取的也是和房东差不多的策略。它们不需要根系吸收养分，也不需要叶片提供光合作用。它们会长出一种名叫吸器的结构，这些吸器就像是一种特殊的根系，它们会刺破植物的表皮细胞，深入植物组织内部，直接吸收养分。这些吸器，就是菟丝子向宿主植物收取房租的利器。

这种吸器的生长，也与光线的频率有关系。李东霄博士通过实验发现，在合适频率的光照刺激下，可以吸引菟丝子缠绕塑料棒并且长出吸器。德莫拉博士几次三番想要欺骗菟丝子，都没能成功，但这件事让李东霄博士做成了。可见，菟丝子不仅具有嗅觉，而且很显然，也具有视觉。

不过，菟丝子并不永远是强者。相反，在刚出生的时候，它们是相当弱小的。菟丝子没有真正意义的根，它们只会在发芽后长出一些淡黄色的假根。这些假根的作用并不是吸收养分，而是帮助菟丝子固定住身体，方便它们的藤蔓直立起来，扩大搜索食物的范围。

菟丝子在缠住宿主植物之前，所有的养分全部来自一颗直径不足1毫米的种子。这颗种子中储存的养分，可以帮助纤细的菟丝子生长到70厘米的长度。菟丝子必须在一周左右的时间内找到周围的宿主植物，否则，种子里为数不多的胚乳耗尽之后，菟丝子小苗就只能死亡。

所以，菟丝子必须比周围的宿主植物发芽晚一些，以避免自己发芽之后，处于只有自己孤身一人的尴尬境地。按照正常的思路，菟丝子只需要让种子的发芽温度比其他植物更高一些就可以了。但是，非常有趣的事情是，菟丝子有着一套比我们想象的方法更为复杂的机制，来保障它们的种群延续。

菟丝子开花之后，会结出一个包含着几十粒种子的蒴果。等到种子成熟，蒴果就会裂开，让种子掉落到土壤里。第二年，菟丝子的种子并不会全部发芽，它们的种子会每年发芽一部分，而没有发芽的种子则保持休眠状态。菟丝子的种子最长可以休眠五年仍然保持发芽能力。如果一个商业街上的经济不景气，房子租不出去，房东会亲自上阵，经营一个店铺吗？精明的房东多半不会这么做的，他们会关闭大门，并且在门口贴上一张字条，上面写着：此房出租，价格面议。这种做法可以让房东的风险最低化。一旦经济开始回暖，他就又能把房子租给合适的租客赚取房租了。

说到这里，我们就可以回答开头的问题了。菟丝子虽然放弃了根系，也放弃了光合作用，但是它们获取能量的效率却并没有降低。相反，它们在演化的过程中，找到了更高效的能量获取方式。就像我们常说的一样，能靠当房东赚钱，谁愿意辛辛苦苦经营小店啊。

目前，科学家还不太确定，菟丝子是如何从一株正常的藤本植物，演化成一种以掠夺能量为生的植物杀手的。但是我还是可以给你说说，在菟丝子身上，大概发生了什么事情。

起初，菟丝子与它的亲戚红薯或者牵牛花一样，都是旋花科中美丽、善良、无害的植物，它们的共同特点就是都会攀爬。很多人都觉得爬藤植物一片一片覆盖了墙壁和屋顶，看起来很浪漫，其实你是被它们漂亮的外表给骗了。因为爬藤，本身就是一种寄生行为。

你只要仔细观察一下爬藤植物就不难发现，所有的爬藤植物都有着与它们纤细的茎不相符的超大规模。一棵爬山虎可以覆盖数百平方米的墙壁，一棵牵牛花可以爬满一株几米高的大树，但是它们的茎却比大树要细得多。它们之所以能形成这种超大的生命规模，是因为它们借助了其他树木来支撑自己，省去了大量木质素的合成，也大大减少了自身的消耗。但是，它们的叶片数量和规模是完全可以与大树相比的。这就意味着，藤蔓植物的攀缘行为，获取能量的效率比高大的树木更高。

如果你仔细观察一下路边的牵牛花就会发现，牵牛花密集覆盖的地方，下面是不长草的。这是因为牵牛花的叶子遮挡了阳光，让下面的植物无法存活。相比较而言，菟丝子的形态可以最大限度地减少对阳光的遮挡，反而对宿主的生存大有益处。

菟丝子在演化的初期，先爬上了四周的植物，以便获得更充足的阳光。为了能够更加牢固地缠绕住宿主植物，菟丝子逐渐演化出吸器这种器官。早期的吸器，必然不是用来吸取宿主的汁液的。因为宿主的汁液里充斥着葡萄糖和氨基酸，而水和无机盐才是它们需要的东西。即使它们可以吸取到宿主的汁液，也根本没办法吸收。

吸器这种结构并不是菟丝子独有的，很多攀缘植物为了抓牢宿主，都会演化出独特的结构，比如说，爬山虎小爪子一样的吸盘就是很好的例子。终于有一天，一个里程碑式的变异改变了菟丝子的生活。菟丝子发现，它可以直接吸收利用宿主的汁液了。以前的菟丝子，需要辛辛苦苦地从土壤里吸收养分，还要进行光合作用才能合成生长所需要的有机物。但是，从这一天开始，它从苦哈哈的小店店主华丽转身，变成了可以躺着赚钱的房东。巨大的生存优势，让这些专用于寄生的基因迅速繁盛起来。

再往后的事情就变得越发顺理成章了，叶绿素、叶子、根系全部都成了累赘。那些导致这些结构退化的基因可以节约大量能量，最终把曾经枝繁叶茂的菟丝子塑造成像意大利面条一样了。

莬丝子种子→发芽→开花→结蒴果→蒴果裂开播种→莬丝子种子

的确，长成意大利面条一样的菟丝子，确实是实现了自己的利益最大化，但是，仍然有一个谜题困扰着科学家：为什么那些宿主植物会心甘情愿地被菟丝子吸走营养呢？商铺的租客们也不是好惹的，如果房东没有节制地提高房租，租客们也是可以反抗的呀。

事实上，作为宿主植物，它们有的是办法来抵抗菟丝子的侵略。如果我们在大树的树皮上划上一刀，用不了多久，伤口周围的细胞就会死亡，留下没有生命的木质化组织承担防护作用。菟丝子遇到的情况也差不多。当宿主植物受到侵略后，完全可以把菟丝子的吸器隔离处理，让它吸收不到养分。宿主植物还可以合成一些化学物质让菟丝子中毒，但是它们并没有这么做。

美国弗吉尼亚理工大学的植物病理学家吉姆·韦斯特伍德教授，对这个现象非常感兴趣。吉姆和他的同事们将菟丝子的种子种在番茄的附近。毫无意外，菟丝子很快就爬满了番茄的全身。

在实验过程中，吉姆教授会定时对菟丝子和番茄的基因进行检测。在一次例行检测的过程中，吉姆教授在菟丝子的体内观察到了来自番茄的信使RNA，这是一个非常不可思议的现象。

对生命来说，DNA就像是一本生命的说明书，而RNA则负责复制和传递这本说明书上的信息，实现生命的各种功能。信使RNA就是专门传递信息的那一类RNA。信使RNA的任务是携带着基因想表达的信息，传递给细胞，使细胞进行相应的行动。

吉姆教授在菟丝子体内发现番茄的信使RNA，这意味着在菟丝子和番茄之间存在着某种信息交流。吉姆教授把菟丝子与番茄之间的信息交流描述为一场间谍战。当菟丝子把吸器插入番茄体内的时候，番茄细胞立即就发出了警报，它释放出信使RNA，让周围的细胞积极防御。同时，它也释放出求救信号，请求其他细胞产生化学物质进行协助。

然而，不幸的是，这些信使RNA没等离开细胞，就被菟丝子截获了。菟丝子还顺便释放了假信息给其他番茄细胞，让它们放松防御，确保它的后续入侵计划，可以得到顺利的开展。(10)

吉姆教授认为，这场发生在菟丝子和番茄之间的间谍战，很显然是菟丝子在起主导作用，而番茄似乎对菟丝子的反间谍战术浑然不知。这正是宿主植物面对菟丝子的入侵没有反抗的原因。

沿着吉姆教授的思路，我国昆明植物研究所的研究员吴建强博士和他的团队很快就有了更惊人的发现：在植物比较多样的地区，同一株菟丝子常常会寄生在很多株植物上，而且，这些宿主植物是不同的物种。菟丝子不仅会与每一个宿主交换信息，还会让这些信息以菟丝子的藤蔓为中介，实现跨宿主跨物种的信息交换。

菟丝子看起来已经不再像是一种单一的植物了，它更像是连接不同植物间的电话线。菟丝子以一己之力，重新定义了神经系统，它就是植物间的神经系统。你可别以为菟丝子架设的神经系统只是为了更好地进攻宿主植物，事实上，这套神经系统已经在菟丝子覆盖的植物群落中发挥作用了。

当某一株植物的叶片遭到害虫啃食的时候，被咬伤的组织就会产生抗虫的信使RNA信号。这些信号会通过菟丝子架设的植物神经系统传递出去。收到信号的植物，即便是没有遭到虫害，也会主动释放一种叫作茉莉酸的植物激素，以防范有可能到来的昆虫的啃食。

吴建强博士猜测，如果信使RNA的跨宿主传递是这套植物神经系统的底层功能，那么菟丝子能传递的信号应该不止一种。进一步研究后发现，当某一株植物缺水的时候，菟丝子也能通过信使RNA读出宿主体内无机盐含量的增加。同样，它也会用同样的手段去提醒其他的宿主植物，帮助其他宿主植物抵抗即将到来的干旱。(11)

比起动物的神经系统只能传递电信号的情况，菟丝子的本领显然更大，因为它传递的，直接就是生命的基础指令。

获得这些发现之后，并没有让吴建强博士的团队满足。他们又进一步对菟丝子体内传递的蛋白质进行了研究。研究发现，菟丝子与宿主植物之间不仅存在着信使RNA这种小分子物质间的交流，宿主植物还会通过菟丝子直接交换蛋白质。至少有几百种的蛋白质，能在宿主和菟丝子间进行交流，而且上百种转运蛋白还能被传输和积累到菟丝子与宿主的种子中，这种交流将一直延续到它们的下一代。(12)

现在，我们可能需要对菟丝子这个坏房东改变一下看法了。菟丝子现在虽然还是要收取房租，但是它也在尝试着帮助房客们建立一个良好的交流环境。也许在未来的某一天，菟丝子能组织起一个更有效率的生态圈，成为寄主的管理者，它会让它每一个房客都能获得更大的生存优势。生命的演化从来就不会有结束的那一天。

第五节　兰花，把昆虫玩弄于股掌之间

1862年1月25日下午，冬日里温暖的阳光穿过窗子，洒在达尔文的书桌上。达尔文在环球航行之后，就患上了一种奇怪的慢性病。在疾病的折磨下，达尔文只好放弃野外考察，留在家中，一边休养一边做研究。他的研究工作，很大程度上要靠朋友们寄来的标本来支持。

现在，在达尔文的面前，安静地躺着一件包裹。这件包裹来自著名的比杜尔夫田庄，寄件人是达尔文的老朋友贝特曼。贝特曼是远近闻名的兰花收藏家和植物猎人，他会亲自到野外采集标本和兰花的种子，还写过好几本关于兰花的专著。贝特曼知道达尔文也在研究兰花，就经常邮寄兰花的标本给他。

贝特曼在包裹的附信中写道：“虽然我现在还不想皈依你的进化论，但是我愿意支持你做这件事。我愿意把我知道的关于兰花的事情都告诉你，也希望你的理论能帮我解释兰花的奇特行为。”

达尔文把老朋友的信件收好，开始小心翼翼地拆开包裹。随着包裹的打开，几种造型奇特的兰花标本展现在了达尔文的面前。

喜爱植物的朋友应该都知道，兰花是一类形态非常奇特的植物。达尔文手里的这个兰花标本，实在是太奇特了。那是一朵白色的兰花，在兰花的唇瓣后方，长着一根长达30厘米的花距。这是一种由花瓣或者花萼特化出来的管子形状的结构。在管子的底部，一般会长有分泌花蜜的蜜腺组织。在兰花里，常常会见到花距这种结构。这种长着超长花距的兰花，名字叫作大彗星风兰。

对于兰花，达尔文也算得上是见多识广了。但是，当他看到大彗星风兰的时候，还是禁不住吃了一惊。对于达尔文来说，生物身体上任何一种奇怪的结构，都应该有一个演化上的解释。越是看起来不寻常的结构，其背后的故事就越是离奇。

昆虫落在花朵上，目的就是吃到花蜜。昆虫落下来在花朵上爬一圈儿，身上就必然会粘上花粉，这就起到了帮助花朵完成授粉的目的。本来，昆虫完成授粉工作，花朵提供花蜜作为报酬，这是一个平衡的合作。但是，在一些特殊环境里，这种平衡关系也会被打破。

有一种飞蛾，它们可以凭借着高超的飞行技巧，把身体悬停在兰花面前，然后用长长的舌头伸进兰花的花蕊里去舔舐花蜜。悬停飞行的蛾子用不着落在花朵上也能吃到花蜜，这就产生了一个大问题：作为报酬的花蜜被飞蛾领走了，但是授粉的工作却没有人做。所以，一种蜜腺部位向下凹陷的变异兰花就脱颖而出了。因为它们的蜜腺向下凹陷下去，飞蛾够不着，于是就只好把身体凑近花朵。这样，兰花的花粉就有机会粘到飞蛾毛茸茸的身体上了。

但是，对于飞蛾来说，浑身粘上花粉可不是好事。兰花黏糊糊的花粉团让它们不得不额外消耗大量的能量，才能维持悬停飞行。于是，一些嘴巴更长的飞蛾则拥有了生存优势。它们仍然可以在不碰到花朵的情况下吃到花蜜。

为了让飞蛾尽量靠近花朵，大彗星风兰的花距就越长越长。为了避免花粉粘在身上，飞蛾的嘴巴也会越长越长。一场飞蛾与大彗星风兰之间的军备竞赛就这样展开了。不过，这种军备竞赛并不会无休止地进行下去。当飞蛾的长嘴给它带来的麻烦，与粘上大彗星风兰的花粉差不多时，长出更长的嘴就变得没有必要了。当飞蛾的嘴巴不再长长时，大彗星风兰的花距也就不再有进一步长长的动力了。

想到这些之后，达尔文很快就做出了一个大胆的预言：大彗星风兰之所以有这样的结构，一定是有一种飞蛾长着同样长的嘴，可以吸取到大彗星风兰的花蜜，同时又能帮助它完成授粉的工作。

达尔文关于长嘴飞蛾存在的预言，完全可以与爱因斯坦提出的太阳引力可以弯曲星光的预言相提并论。敢于用自己的理论提出预言，就意味着为自己的理论设定了一个可证伪的条件。如果预言被证明不成立，那么对应的理论也会被同时证伪。现在，科学爱好者都知道，具备可证伪度的理论，才是合格的科学理论。达尔文用进化论做出预言，这是极具科学精神的表现。直到70年后，科学哲学家卡尔·波普尔才正式提出了证伪主义这个概念。

达尔文的预言让大彗星风兰和预言中的长嘴飞蛾一下子名声大噪。很多人专程跑到马达加斯加岛上寻找这种飞蛾。一些进化论的追随者，也希望通过找到这种飞蛾来证明进化论的正确性。还有些博物学家则想要得到长嘴飞蛾的标本。如果真有长着30厘米长嘴的飞蛾，绝对可以卖出个好价钱。

不过，大家都低估了这件事情的难度。马达加斯加虽然只是一个岛，但它的面积有59万平方千米，比我国的四川省还要大18%。再加上马达加斯加岛上的地形和气候类型都很复杂，探险家连找到大彗星风兰都不容易，更别提找到只有花期才会出现的长嘴飞蛾了。

由于寻找长嘴飞蛾的过程并不顺利，1867年，一位学者干脆出版了一本书，讲述了他在马达加斯加岛的考察过程，直接暗示大彗星风兰是由超自然的力量创造的。甚至连达尔文的铁杆粉丝华莱士，也就是和达尔文同时提出自然选择理论的生物学家，他也倾向于大彗星风兰的古怪形态可能只是一次意外突变的结果。他觉得，达尔文预言的长嘴飞蛾很可能并不存在。毕竟，一种长着30厘米长嘴的飞蛾，实在是有点儿不可思议。

不过，最终达尔文还是赢了。1903年，也就是达尔文提出预言之后的第41个年头，两名探险者无意中在岛上发现了一种长嘴飞蛾，它的形状和达尔文描述的飞蛾非常相似。达尔文唯一没有说明的是，这些飞蛾的长嘴平时都是卷起来的，它们只有在吮吸大彗星风兰花蜜的时候，才会把30厘米长的长嘴伸出来。这些飞蛾昼伏夜出，人们很难注意到它们，即便有人在夜里看到它们，也几乎看不见它们细细的长嘴。

后来，这种飞蛾被命名为非洲长喙天蛾。因为它谜一样的经历，人们还给它起了一个神秘的名字，叫作斯芬克斯蛾。

采食花蜜的非洲长喙天蛾

斯芬克斯蛾绝对名副其实，这种长嘴飞蛾在后来的很多年里，一直都保持着它们的神秘。直到1992年，也就是达尔文提出预言的130年(13)之后，科学家终于在高速摄影机的帮助下，拍摄到非洲长喙天蛾伸直自己的口器，插入大彗星风兰花距当中采食花蜜的全过程。随着花距中的花蜜逐渐减少，悬停飞行的非洲长喙天蛾只好逐渐向花朵靠近，最终让大彗星风兰的花粉粘在了自己的身上(14)。

非洲长喙天蛾在世界各地有很多近亲，我国也有好几种。这些长喙天蛾就仗着自己的嘴巴长，常年干着偷吃花蜜但是却不给花朵授粉的勾当。这样看来，大彗星风兰在与非洲长喙天蛾的比拼中，硬是逼着非洲长喙天蛾给自己完成了授粉，也算是打了个平手。

不过，类似大彗星风兰这种授粉与花蜜交换的策略，虽然看起来聪明，但在兰花中只能算得上是中规中矩的做法。毕竟，用花蜜与昆虫交换，也还是有成本的。有一些兰花，干脆就放弃了花蜜，它们吸引昆虫，用的是各种各样新奇古怪的骗术。

我已经没法再用创业者来比喻兰花在演化中的创新行为了，因为这些创新的生存策略，已经严重违反了商业道德。在全世界两万多种兰科植物中，至少有7000种兰花，也就是总数量的三分之一，在用欺骗的手法吸引昆虫为它们授粉。

南美洲有一种植物名叫金虎尾花，它是一种金黄色或者白色的小花，每朵花上有5个花瓣。这种花的蜜腺会分泌昆虫喜爱的油脂，吸引昆虫来给它授粉。与金虎尾花生活在一起的，有十几种不同的兰花，这些兰花有着与金虎尾花相似的花瓣和颜色，一样可以吸引昆虫。但是，与金虎尾花不同的是，所有这些兰花种类，都不为那些授粉的昆虫提供任何的回报。它们只是借用了金虎尾花的外观，来骗取昆虫的信任。

还有一类兰花，它们不仅会模拟食物的外观，还会模拟食物的气味。它们不仅能模拟出其他花朵的花香，还能模拟出苍蝇、甲虫这种食腐类昆虫喜欢的恶臭的味道。依靠食腐昆虫授粉的兰花，还会在花瓣和叶片上产生很多深色的斑点，这些斑点的样子，就像是腐烂产生的霉点。为了让陷阱更逼真，一些兰花的叶片和花瓣上甚至会长一些又长又密的细毛，这些细毛让它们看起来就像是真菌的孢子体和菌丝。这样以假乱真的模仿，连人都有可能骗过，更别提那些苍蝇和甲虫了。

这种把自己伪装成食物的骗术，叫作食源性欺骗。这种骗术比起我们生活中常常遇到的仿冒知名品牌的行为更加恶劣。假冒的品牌虽然可恨，但只是赚取了真品牌的名气而已。假品牌在面对消费者的时候，好歹还是要提供一个类似真品牌的产品，才能骗取消费者的信任。但是食源性欺骗的兰花，连假的产品都不会提供，可以说是恶劣至极。

还有一大类兰花，名叫蜜蜂兰。蜜蜂兰广泛分布在欧洲、北非和西亚一带。如果你见过蜜蜂兰的样子，就一定会对它酷似蜜蜂的花朵感到惊讶。蜜蜂兰最下面的唇瓣，长得就像是蜜蜂的肚子和屁股。有些蜜蜂兰的花朵上还长满了茸毛，看起来就像是毛茸茸的熊蜂。

它们的花朵长成这个样子，当然不是因为它们喜欢模仿秀。它们正在把花朵伪装成雌蜂的样子，吸引雄性蜜蜂前来授粉。

在南部欧洲，有一种蜜蜂，名叫地花蜂。每到初春的季节，地花蜂就破茧而出，开始寻找自己的爱情。地花蜂与我们常见的蜜蜂不太一样，它们的社会中没有蜂后这个角色。它们依靠自由交配来产生后代。

雄性地花蜂会比雌性地花蜂孵化的时间早几天，这就给了蜜蜂兰一个可乘之机。蜜蜂兰会趁着这个短暂的空当期开花，它们的花朵不仅长得像地花蜂，而且能散发出与雌性地花蜂身上的性激素非常相似的气味。在情窦初开的雄性地花蜂看来，那些在草丛中摇曳的蜜蜂兰花朵，根本就是一只只花枝招展的雌性地花蜂。于是，它们毫不犹豫地飞向蜜蜂兰，尝试着与花朵交配，结果，自然成了被利用的对象。

科学家曾经做过实验，他们把蜜蜂兰、雄性地花蜂和雌性地花蜂放在一起，看看蜜蜂兰和雌性地花蜂到底谁对雄性地花蜂的吸引力更大。实验的结果让科学家大跌眼镜。实验数据表明，雄性地花蜂被蜜蜂兰吸引的次数明显多于雌蜂。以假乱真的蜜蜂兰，竟然连雄性地花蜂都没办法正确辨认。

一群雄性地花蜂被性欺骗了，飞向蜜蜂兰

这样的生殖策略显然对地花蜂非常不利。一些研究认为，雌性地花蜂之所以会比雄性更晚孵化，有可能就是为了躲开蜜蜂兰的花期。如果雌性地花蜂与雄性地花蜂一起孵化，反而会因为不得不与蜜蜂兰竞争而影响了种群繁衍。授粉成功的蜜蜂兰，就会停止分泌激素，它们的叶片也会枯萎脱落。这时候，雌蜂再孵化出来，就增加了交配的成功率，避免了蜜蜂兰的干扰。这场竞争，以地花蜂逃避式的演化为最终的结局，蜜蜂兰完胜。(15)

雄蜂钻进西藏杓兰，“帮助”西藏杓兰传粉

这种通过模拟雌性昆虫吸引雄虫前来交配的策略，叫作性欺骗。这种欺骗方式的恶劣程度，基本上与电信诈骗差不多了。兰花在这里完全没有考虑互惠共赢，它们的策略就是：欺骗你，与你无关。

还有一类兰花，它们会把自己伪装成某类昆虫的巢穴。这类兰花中很有代表性的，就是生长在四川、云南和西藏东南部的西藏杓兰。西藏杓兰的唇瓣长得酷似熊峰的巢穴，采蜜疲惫的熊峰看见西藏杓兰就会钻进去休息。它哪里知道，这是一个精心设计的陷阱，只要熊峰一钻进去，西藏杓兰就会把准备好了的一大块花粉精确地粘到熊峰的背上。

作为昆虫来说，一生也就只有三个理想，那就是食物、配偶和巢穴。兰花简直抓住了昆虫的命门，把三种欺骗方式做到了极致，在这场竞争中打得昆虫毫无还手之力，彻底变成了任人宰割的韭菜。

那说到这里，问题就来了，兰花凭什么能把拟态做到如此极致呢？难道它们真的比其他植物更聪明吗？当然不是。我们在前面反复强调了，演化没有方向，这是理解所有生命的大前提。既然演化没有方向，那么与兰花精妙绝伦的拟态相匹配的，一定是远高于其他植物的超高的变异数量。只有更多的变异，才能造就更多样化的基因。更多样化的基因，才能塑造出更精妙的拟态。

但是，问题还是没有得到解答。兰花有什么秘密武器，能让它拥有比其他植物更多的变异呢？答案也很简单，那就是兰花能够产生数量极多的种子。兰花的种子，舍弃了胚乳这类体积很大的营养组织。它们的每一粒种子，都轻得像一粒灰尘。在一颗桃核大小的兰花蒴果里，包含的种子数量可能有数百万粒之多。每一粒种子，都携带着一份略有不同的基因。这种生殖策略，自然能产生出更多的变异。这正是兰花奇异多样的生物学基础。

不过，这依然不是问题的终点。你想想看，如果兰花想产生几百万粒能发芽的健康种子，就必须有几百万粒的花粉给它授粉才行。就算是那些被骗的昆虫兢兢业业，也不可能同时把几百万粒花粉带到雌蕊上吧。这种超级高效的授粉，兰花又是怎么完成的呢？

首先，兰花的结构，就与别的花朵特别不一样。我们生物书上讲到花的结构，一般会介绍花是由四部分组成的：萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊。兰花却非常特殊，兰花由萼片、花瓣和一种叫作蕊柱的结构组成，它把雄蕊和雌蕊演化成一个融合在一起的器官。普通花朵的花粉都是一粒一粒分散着的，但是，兰花的花粉则是黏糊糊的一团，有的还隐藏在蕊柱上的机关当中。当受骗的昆虫停留在兰花上的时候，一旦触碰机关，黏糊糊的花粉块就会被释放出来，牢牢地粘在昆虫身上。

当昆虫来到下一朵兰花的时候，身上的花粉块就会触碰到兰花的蕊柱。这样数百万的花粉就被涂抹到了蕊柱上。这就是兰花能够高效授粉的秘密。

那么，这就是兰花能够实现精妙的拟态，从而战胜昆虫的谜底了吗？仍然不是。因为我们还有一个终极问题需要回答。那就是这些轻如粉尘的兰花种子，既然自己连养分都没有携带，那它们该怎么发芽呢？(16)这是一个更加令人赞叹的生存策略。

兰花的祖先起源于中生代。那个时代的地球，哪里有什么种子植物的生存空间，那里是蕨类植物的天下。但是，兰科植物的祖先还是找到了一个相对空白的生态位，那就是附生在岩石、悬崖或者高大的树干上。这些地方的特点是干燥、贫瘠而且缺少土壤，是蕨类植物看不上的地方。细小的兰花种子可以随风飘散，到达这类地方。

光是到达还远远不够，这些兰花的种子由于没有胚乳，并不能直接发芽。它们会静静地等待周围的真菌侵蚀它们的外壳。真菌分解兰花种子外壳的时候产生的废物，正是兰花种子萌发所需要的养料。就这样，兰花的种子竟然奇迹般地与侵蚀它们的真菌达成了巧妙的共生。真菌分解了兰花种子的外壳，而兰花种子也因此获得了发芽的能量。

大部分的兰花在长出根系和叶片之后，就能够摆脱真菌，独立生存。但是，也有些兰花干脆选择了终生与真菌共生的策略。它们的根部表皮逐渐演化出供真菌寄生的特殊结构，它们所需的所有养分，都通过真菌获得。你可能听说过有一种药用植物，名叫天麻，天麻就是一种与真菌共生的寄生兰花。

最后，我们再来梳理一下兰花神奇的生存策略：

兰花的种子通过与真菌共生，抛弃了胚乳，实现了体积最小化；

通过最小化的种子，实现了超多种子数量的策略；

通过花粉块策略，为海量的种子实现高效率地授粉；

通过超多种子，加上高效地授粉，实现了高水平的基因多样性；

通过高水平的基因多样性，造就了兰花精妙绝伦的拟态能力；

佩兰的花朵

通过精妙的拟态能力，让兰花可以用极低的代价，操纵昆虫为它们授粉。

这就是靠欺骗为生的兰花的生存策略。不知道你了解了这些知识后感觉如何，反正我第一次接触这些知识的时候，是非常震惊的。难以想象，最初是为了在蕨类植物的夹缝中求生，一系列有趣的变异之后，竟然为兰花家族打开了如此广阔的一条演化之路。

兰科植物的超级策略，让它成为种子植物中第二大家族。

我国是兰花最重要的原产地，有着悠久的兰花文化。有很多并不是兰科植物的花，只要是花朵长得像兰花，或者叶子细细长长的植物，我们都喜欢用兰给它们命名。比如说君子兰、吊兰、文殊兰、蟹爪兰、球兰、玉兰、米兰、风雨兰，刚刚我说的这一大堆“兰”，其实都不是兰科植物。还有我们的《诗经》和《离骚》中记载的兰花，其实也不是兰，它们很可能是一种名叫佩兰的菊科植物。

天麻的花朵

还有一些常见的植物，比如石斛和刚刚提到过的天麻，它们的名字里不带“兰”字，但却是地地道道的兰花。

在兰花与昆虫的关系中，兰花显然不是合格的合作者，它们总是用最低的代价，把它们的合伙人玩儿得团团转。但是如果，它们遇到的合伙人足够聪明，又会发生什么事情呢？从下一章开始，最聪明的植物合伙人——人类终于登场。人类与植物将会展开什么样的合作，又会如何改变世界呢？我有一大堆的故事等着讲给你听。

石斛的花朵

(1)　Roberto Ligrone, Jeffrey G. Duckett, Karen S. Renzaglia, Major transitions in the evolution of early land plants: a bryological perspective. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3310499/.

(2)　陈天驰．泥炭藓的超亲水机理研究[D]．博士学位论文，中国矿业大学，2018年。

(3)　María A. Gandolfo, Elizabeth J. Hermsen, María C. Zamaloa,Kevin C.Nixon, Cynthia C. González, Peter Wilf, N. Rubén Cúneo,Kirk R. Johnson. Oldest Known Eucalyptus Macrofossils Are from South America[J]. Plos One, 2011, 6（6）:e21084.

(4)　Jessie Schiewe,[28 July 2010]. Australia's marsupials originated in what is now South America, study says. Los Angeles Times. https://www.latimes.com/archives/la-xpm-2010-jul-28-la-sci-marsupial-20100728-story.html

(5)　唐启恒，陈勇平．国内外人工林桉树木材加工利用现状和展望[J]．中国人造板，2020，27（06）:18-21.

(6)　Palmer,Jane.Tasmania's giant ash trees may be world's tallest.www.bbc. com. Retrieved Sep 11, 2020.

(7)　Kaushik Patowary.The Giant Eucalyptus of Australia.[SEP 19,2016 1 COMMENTS]．https://www.amusingplanet.com/2016/09/the-giant-eucalyptus-of-australia.html

(8)　昆明植物研究所．南方菟丝子何方神圣[EB/OL]（2018-08-09）[2018-08-09]，http://www.cas.cn/kx/kpwz/201808/t20180809_4660457.shtml

(9)　李东霄，张辉煌，张国广等．不同光照及赤霉素处理对菟丝子寄生关系建立的影响[S]．热带亚热带植物学报，2009（05）:458-464.

(10)　Gunjune Kim, Megan L. LeBlanc, Eric K. Wafula, Claude W.dePamphilis, et al. Genomic-scale exchange of mRNA between a parasitic plant and its hosts,2014.

(11)　Shalan Li, Jingxiong Zhang, Hui Liu, et al. Dodder-transmitted mobile signals prime host plants for enhanced salt tolerance,Journal of Experimental Botany, Volume 71, Issue 3, 23 January 2020, PP. 1171–1184.

(12)　Liu N, Shen G, Xu Y, et al. Extensive Inter-plant Protein Transfer between Cuscuta Parasites and Their Host Plants[J].Molecular Plant, 2019, 13（4）.

(13)　吕长泽，庄贵竣，郑杏倩：兰的10个诱惑：透视兰花的性吸引力与演化奥秘，台北：远流出版公司，2019年，23.

(14)　[英]大卫·爱登堡（编剧、主演），尼尔·卢卡斯（导演）：《植物私生活3：开花》（The Private Life of Plants）（纪录片），英国BBC，1995年。

(15)　吕长泽，庄贵竣，郑杏倩：兰的10个诱惑：透视兰花的性吸引力与演化奥秘，台北：远流出版公司，2019年，48-53.

(16)　李潞滨等编著：兰花，北京：中国农业大学出版社，2000年，6-7.

第四章　改变自己，顺带着改变了世界

第一节　辣椒，鸟类专享果实

前一阵子，我去参加一个聚会。吃到一半的时候，不知道谁提了一句：“这盘重庆辣子鸡一点儿都不辣呀。”跟我坐在同一桌的朋友里，有一个湖南人和一个四川人。这句话一说出口，马上就得到了两位吃辣高手的赞同。一时间，全桌人的注意力，都聚焦到了“你吃到过的辣椒到底有多辣”这个话题上。

我作为一个不擅吃辣的南方人，这样的讨论自然插不上嘴。不过我知道，对于辣椒到底有多辣这个问题，想要靠语言描述，是肯定不会有任何结果的。因为1912年的时候，有一位名叫斯科维尔的美国药剂师，就曾经面临过一模一样的问题。

斯科维尔当年面对的问题，与饭桌上的情况非常相似。他需要给很多种辣椒的辣度进行评分和排序。斯科维尔也不是一个擅长吃辣的人，在他的主观体验里，绝大多数的辣椒，放进他的嘴里之后，就如同含了一个烧红的煤球，除了强烈的灼烧感以外，什么都尝不出来。对他来说，这些辣椒的辣度都是一样的。

自己尝不出来谁更辣，那就找一些擅长吃辣的朋友试试看。于是，斯科维尔请来了几位爱吃辣椒的朋友，帮他给不同种类的辣椒的辣度打分。结果很遗憾，虽然几位爱吃辣椒的朋友成功地给几种辣椒打出了分数，但他们的判断却并不一致。有些人打分很高的辣椒，却被其他人打了低分。

斯科维尔马上意识到，辣是一种非常主观的感受，不同的人吃不同的辣椒，感觉很不相同，主观感受肯定没办法用来衡量辣椒的辣度。那么，如何才能把主观感受转化成可以量化的客观指标呢？这成了斯科维尔必须解决的难题。

经过几轮尝试之后，斯科维尔发现了一个契机。他发现，虽然人们对辣度很高的辣椒的评价很不一样，但是对于一种食物到底有没有辣味，大家的回答却是比较一致的。斯科维尔就想，既然大家能对一种食物到底有没有辣味达成一致，那就干脆把相同重量的辣椒捣碎，然后用水稀释它们。当大部分人都品尝不出稀释溶液的辣味时，稀释的倍数就是辣椒的辣度。

这是一个很巧妙的想法。原本非常主观的“辣椒有多辣”的问题，通过简单的转换，就变成了一种水溶液有没有辣味的问题。虽然每个人对于辣味的敏感度不太一样，但是斯科维尔已经成功地把原来的问答题，转化成了比较客观的判断题，这是一个非常大的进步。

后来，斯科维尔进一步增加了回答问题的人数，让这个有没有辣味的主观判断，通过统计学的方法，变得更加客观。

很快，用斯科维尔的名字命名的斯科维尔指数，就成了描述辣度的标准单位。现在，我们已经不需要用品尝的方法来判断稀释后的辣椒水溶液有没有辣味了。科学家经过测试确定，百万分之十六浓度的辣椒素，就是普通人能够感受到辣味的底线。我们使用高效液相色谱仪，就可以精确地测量出溶液中辣椒素的浓度，经过换算，就可以确定任何一种辣椒的辣度了。

咱们再来回顾一下整个过程。最开始，斯科维尔想用品尝这种纯主观方式来评价辣椒的辣度。随后，他找到了办法，只让受试者评价水中有没有辣味，这就增加了评价的客观性。再后来，斯科维尔通过增加评判的人数，用统计学的方法把评价变得更加客观。现在，我们用高效液相色谱仪来准确测量溶液中的辣椒素浓度，实现了对辣味绝对客观的评价。

你可别小看这个测定辣度的过程，在这个案例中，客观和理性代表的科学精神，一步一步地取代了主观和感性，最终科学地解答了辣椒有多辣的古老问题。

最常见的甜椒，它的辣度是100左右。青椒的辣度大约是6000，四川朝天椒的辣度可以达到5万左右。另外两种贵州的知名辣椒——小米椒和牛角椒，它们的辣度能达到20万，而公认的中国最辣的辣椒——海南黄灯笼，辣度可以达到50万。50万的辣度，就相当于把1克黄灯笼中的辣椒素，溶解在半吨水里，我们还能尝出水里的辣味。现在已知最辣的辣椒是龙之气息辣椒，有超过248万的辣度。但是，不久前出现了新品种——辣椒X，其辣度为318万。截至2020年，仍未得到吉尼斯纪录证实。

来自清华大学的一项调查研究表明(1)，有51.2%的受访者喜爱川菜，有40%的受访者喜欢“辣”这种口味。辣条、辣酱、辣鸡翅、麻辣小龙虾，从这些突然大受欢迎的网红食品的口味来看，现代人已经进入了无辣不欢的时代。

其实，这样的时代并没有多长时间。辣椒跟随着川菜红遍大江南北，其实只有30年左右的时间而已。即便是发明了川菜的四川人，种植辣椒的时间也只有200年左右，也就是差不多在清朝的嘉庆年间。当我们围坐在红油火锅周围，谈论着中国传统美食文化时，我们可能忽略了一个事实：除了南美洲的原住民以外，全世界人认识辣椒的时间，都不过500年而已。

1493年，哥伦布率领他的船队，第二次横渡大西洋，远征美洲大陆。在哥伦布的随行人员中，有一位名叫尚卡（Diego Álvarez Chanca）的博物学家。尚卡博士能够随哥伦布出征，不是因为他的博学，而是他广受好评的精湛医术。就在出征前不久，尚卡博士受到了西班牙王室的召见，希望他能陪同哥伦布的探险队出征。面对这样的机会，尚卡很痛快地答应了，这正是他梦寐以求的旅行。

船队刚刚抵达西印度群岛，尚卡博士就有了新发现，他注意到当地的土著人大量种植一种奇怪的农作物。那是一种低矮的草本植物，上面结着鲜红的圆锥形小果实。好奇的尚卡博士忍不住摘下一个漂亮的红色果实，放在嘴里嚼了起来。一开始，尚卡博士只尝到一些苦味和淡淡的香味，但是很快，一种强烈的烧灼感就在他的口腔里弥漫开来。尚卡博士吓了一跳，连忙把果实吐了出来。但是，他口腔里燃烧的火焰似乎并没有熄灭，痛得尚卡博士死去活来。就这样，尚卡博士成了新大陆以外第一个吃辣椒的人。

红辣椒和绿胡椒

尚卡博士注意到，当地的土著人会把辣椒晒干后磨成粉末，再加入可可和其他一些香料，混合以后冲水饮用。据当地人说，这样的饮品可以帮助妇女生出健康的后代。虽然冲成饮料的辣椒远没有直接嚼碎那么辣，但是尚卡博士依然没办法接受这种又苦又辣的奇特饮品。不过，出于一个博物学家的兴趣，他还是把这种饮品的做法记录在了自己的笔记当中。

别看尚卡博士对辣椒的评价不高，但这种植物让哥伦布大感兴趣。他亲自品尝了土著人制作的辣椒饮料之后敏锐地发现，辣椒辛辣的味道与欧洲人喜欢的胡椒有几分相似。于是哥伦布完全忽视了尚卡博士的建议，直接决定用胡椒这个名字来称呼这种植物。对哥伦布来说，发现胡椒，就是到达了印度的证据。既然到达了印度，那这种辛辣的植物就应该叫作胡椒。在哥伦布眼里，辛辣的东方香料，就等同于无尽的财富。

哥伦布直到死的那天，都坚定地声称那个能产出辣椒的地方就是印度。直到今天，胡椒和辣椒依然共用同一个名字——Pepper。这些事情到底是误会还是故意为之，就没人知道了。

辣椒毕竟不是胡椒。哥伦布努力混淆辣椒和胡椒的做法，并没有得到欧洲贵族的普遍认同。法国的大厨认为，辣椒的味道过于浓烈，完全不能当作胡椒的替代品。辣椒会掩盖食材本身的味道，影响菜肴的鲜美。

不过，与贵族们不同的是，欧洲的农民却很快爱上了辣椒。那种火辣辣的刺激感，能让人们瞬间从昏昏欲睡的状态变得精神百倍。剧烈的疼痛感过后，人们体验到了从未有过的畅快淋漓。

辣椒种植容易，适应性强，虽然它们原生于热带地区，但在寒冷干燥的高纬度地区，依然可以顺利地开花结果。辣椒中的辣椒素，是天然的防腐剂。只要把辣椒晒干，就可以保存很久都不变质。越是在缺少食盐或者食物单一的地区，辣椒就越受欢迎。这种辛辣的调料，无论加在什么食物里，都能让人胃口大开。在一些寒冷地区，辣椒就和烈酒一样，成为当地居民抵御寒冷的最好办法。

伴随着地理大发现的脚步，欧洲人走到哪里，就把辣椒带到哪里。辣椒在全世界的待遇都很相似，它们总是会被当地的穷人快速接受，然后开始影响这些地方的饮食口味。

大约在明朝中期，辣椒开始在我国的江南地区悄悄流行起来。最初，与同属于美洲作物的番茄和番薯一起，辣椒被称为“番椒”。与它们在欧洲的经历非常类似，江南的士绅们对于这种刺激性的果实同样不太感冒。不过，幸运的是，辣椒清雅秀丽的白色小花，被中国的文人们看中了。他们认为白色的辣椒花，与优雅的兰草一样，具有君子的品格。就这样，辣椒被当作一种观赏植物保留了下来。

一只黑喉红臀鹎正在啄食小米椒植株上的成熟果实

我国最早开始享用辣椒的地区，是贵州省。贵州是一个多山的省份，交通不便，又不产食盐，所以，对于当地的老百姓来说，在食物中加入味道浓郁的辣椒，就可以减少食盐的使用。很快，辣椒就从贵州传到了西南地区的多个省份。(2)

20世纪70年代，植物学家在云南西双版纳的原始丛林里，发现了大面积的野生小米椒。这个发现，当时在国内还引起了不小的轰动。有些学者认为，西双版纳原始丛林人迹罕至，那里生长的辣椒，不太可能是人工种植的。那么，我国会不会是辣椒除了美洲之外的另一个原生地呢？贵州地区的辣椒，会不会正是来自云南西双版纳的野生辣椒呢？

作为一名中国人，当然愿意看到“中国利用辣椒的历史，比我们所知道的更加悠久”这样的结论。然而，科学只相信逻辑和实证。野生辣椒的存在，并不能证明中国就是辣椒的原生地。反对这种说法的科学家很快给出了相反的证据。科学家在野外考察的时候观察到，有一种名叫黑喉红臀鹎（bēi）的小鸟（它们头上的羽毛是黑色的，屁股上的绒毛是红色的，叫声很好听），就很喜欢在辣椒成熟的时候，到地里去偷吃辣椒。西双版纳的野生小米椒，很可能就是跟随着这种鸟类的粪便传播到丛林中的。

科学家还发现，在一些高大的树枝上，也生长着辣椒小苗。这就进一步证明了，鸟类可以充当辣椒种子的传播者。小米椒作为一种低矮的小灌木，自己肯定是没有能力把种子传播到十几米高的树上去的。

2006年，南京农业大学的一个研究项目彻底终结了关于辣椒原产地的争论。这个项目对不同产地的31份辣椒样本进行了基因研究。研究结果表明，采自我国及东南亚的所有辣椒样本，在亲缘关系上，全都是美洲辣椒的后代。基因研究还证实，生长在西双版纳的野生辣椒，确实就是东南亚地区人工种植的辣椒的后代。

那么，鸟类为什么能帮助辣椒传播种子呢？它们难道就不怕辣吗？

20世纪50年代，进化生物学家丹·詹森提出，辣味是辣椒中的辣椒素激活痛觉感知神经元而产生的疼痛感。这个理论被接受以后，辣味就不再是一种味道，而是一种痛觉了。

无论你是把辣椒吃进嘴里，还是涂抹在皮肤上，或者吞进肚子里，辣椒素都会与我们神经元中的VR1（vanilloid receptor subtype1）受体产生作用，让我们产生灼烧一样的疼痛感。VR1受体对我们的意义，就是帮助我们感受到烫的东西。在大部分动物体内，都有这个受体存在。一旦环境中温度升高到43℃以上时，VR1受体就会被激活，告诉我们应该逃离危险。(3)

鱼类、两栖动物、爬行动物和哺乳动物都对辣味很敏感，唯独鸟类是一个奇怪的特例。鸟类的VR1受体蛋白的结构发生了一些突变，这是鸟类对于辣味的感知很不敏感的原因。有观点认为，鸟类之所以失去了感受高温的能力，可能与它们的体温较高有一定关系。飞行时的鸟类，局部体温可能会高于43℃，失去对高温的敏感性让鸟类更有生存优势。

一般的观点认为，辣椒素的存在，对辣椒来说产生了三个明显的生存优势。首先，可以威慑贪吃的哺乳动物，不要嚼碎辣椒的种子。其次，可以让辣椒成为鸟类的专享食物，鸟类不怕辣，也不会嚼碎辣椒的种子，还能利用鸟类出色的飞行能力，把种子传播得更远。最后，辣椒素还是一种天然的杀菌剂，有了辣椒素的保护，辣椒的种子就更不容易发霉了。

这个观点听起来相当有说服力。这就好像是一家创业公司，发明了一项独特的专利，凭借着这个专利，这家公司一举解决了哺乳动物偷吃、鸟类播种和真菌危害这三个业内重大问题，最后成为行业黑马的故事。

但是，我要告诉你的是，事实可能并非如此。

要知道，只靠基因突变和生存优势，是不足以解释一个物种的演化的。它们还需要足以杀死劣势基因的生存压力才行。如果没有足够的生存压力，就无法形成有效的自然选择，最后的结果，必然是多种基因并存，或者产生物种分化。就像无论黑猫、白猫，只要能抓住耗子，它们的基因就都会流传下来。世界上没有哪种生存压力，会淘汰掉黑猫或者白猫。我们真正需要理解的问题是，那些没有产生辣椒素的辣椒，它们是如何消亡的呢？

首先，辣椒素绝不是植物抗菌的唯一武器。在大部分时间里，植物只要旺盛生长，就可以抵御常见的真菌侵害。大部分被子植物的种子，都有坚硬的木质化种皮包裹，辣椒也不例外。即便是整个果实都彻底烂掉，它们的种子也会安然无恙地发芽。所以，辣椒素的杀菌能力，显然并不是重点。

那么，鸟类广泛地散播辣椒的种子，会是辣椒产生辣味的原因吗？当然也不是。前面我们已经说过，鸟类爱吃辣椒，可不是因为鸟类喜欢辣味。根本原因是鸟类对辣味的感受迟钝。所以，辣椒到底是甜的还是辣的，鸟类从来就没有关心过。无论是哪种辣椒，鸟类都会毫不犹豫地吃掉，然后顺便帮助它们传播种子。所以，鸟类的传播，也不是辣椒变辣的原因。

既然让辣椒产生进化压力的既不是真菌，也不是鸟类，那就一定是哺乳动物了？其实，这个答案恐怕也不准确。因为很多植物的种子，都是由哺乳动物传播的。并且哺乳动物并不会在咀嚼的时候，咬碎所有的种子。只要一顿美餐之后，能有一两粒完整的种子保存下来，就可以在哺乳动物排出的粪便里发芽。对于植物来说，这就足够了。

有生物学家猜测，在辣椒演化的早期，可能面临着某种啮齿动物的威胁。啮齿动物的特点就是会不断地磨牙，它们可能会仔细地咬碎辣椒的每一颗种子，给辣椒带来生存上的压力。鸟类会把有辣味和没有辣味的辣椒种子同时传播开来，但是只有那些不太辣的辣椒种子会被啮齿动物咬碎。在足够长时间的筛选之后，辣椒就变得越来越辣了。

所以说，辣椒可不是凭借着辣椒素这一项发明就异军突起的独角兽。它们更像是一家口味变得越来越奇怪的小饭馆，意外地赶走了总来饭馆吃白食的啮齿动物。至于鸟类的存在，应该是辣椒的幸运，如果没有鸟类帮助辣椒传播种子、维持种群，辣椒很可能会经历一个巨大的生存危机。

现在，那种给辣椒造成重大生存危机的啮齿动物很可能已经灭绝。因为如果它们能够活到今天，必定是一种吃辣的能力能与人类比肩的动物。从南美辣椒的辣度来看，它们忍耐辣味的能力可能比人类还强。

树鼩更喜欢吃苎叶蒟

无独有偶，在东南亚的丛林里，也生活着一种敢于吃辣的哺乳动物，它的名字叫作树鼩（qú）。树鼩的样子，就像老鼠和松鼠的混合体。不过它们不是老鼠，更不是松鼠，它们属于树鼩目而非啮齿目，在基因上是灵长类动物的亲戚。

树鼩日常的饮食主要是昆虫和水果，有时也吃一些辣椒。科学家第一次看见树鼩怡然自得地大嚼辣椒的时候，感到非常惊讶，似乎辣椒素对于这种小动物彻底失去了作用。更让科学家无法理解的是，树鼩栖息的地区，在300年前是没有辣椒的。树鼩怎么可能在这么短的时间里，就演化出吃辣的能力呢？

科学家经过一番排查，终于发现了真相。原来，当地虽然没有辣椒，却是有胡椒的。在树鼩的食谱当中，有一种名叫苎叶蒟（zhù yè jǔ）的胡椒科植物。这种植物可以产生一种类似辣椒素的物质，这可能就是树鼩不怕辣的原因。

为了验证自己的猜想，科学家做了一个有趣的实验。他们在当地野生小鼠和树鼩面前摆上苎叶蒟、红辣椒、大蒜、生姜这几样“辣味小吃”，观察小鼠和树鼩的取食倾向。结果发现，当地的小鼠对这几种食物没有明显倾向，但树鼩显然对苎叶蒟更加情有独钟。(4)

从树鼩吃东西的习惯来看，它们没有啮齿动物不停生长的门牙，也没有刻意去咬碎所有的辣椒种子。它们对于辣椒来说，也算得上是一个合格的共生伙伴了。

当然，能够享受辣椒的动物中，除了鸟类和树鼩之外，还有我们人类。但和鸟类与树鼩不同，它们能吃辣是因为对辣椒素的作用反应迟钝，而我们人类则恰恰相反，我们享受的恰恰是口腔受到辣椒素带来的刺激感受。

辣椒素产生的灼热感，会让我们大脑产生一种机体受到了伤害的错觉。大脑为了减轻身体的痛苦，就会分泌出内啡肽来帮我们止疼。然而，我们的身体并没有真的受伤，在灼热感过后，我们就能快乐地享受消耗不掉的内啡肽和多巴胺了。

辣椒遇到人类，绝对是辣椒演化史上的黑天鹅事件。原本为了自我保护而产生的辣味，竟然意外地征服了人类，登上了全世界人民的餐桌。不过，人类古怪的饮食爱好可不止辣椒一种，下一节里，我会再给你讲一个餐桌上的故事。

注：本文除脚注参考资料外，《魔鬼的晚餐》（作者：斯图尔特·沃尔顿，社会科学文献出版社）及得到App上的《魔鬼的晚餐》解读稿也是重要参考资料之一。

第二节　胡椒与薄荷，调味品的革命

1600多年前，在今天的黑海北岸的乌克兰大草原一带，生活着一个彪悍的民族。他们是东日耳曼人的一个分支，名叫哥特人。四处讨伐征战，是哥特人的家常便饭。408年，哥特人的领袖阿拉里克率领大军一路向西，势如破竹。

哥特人闪电般的进攻，打了古罗马人一个措手不及。很快，哥特人就围困了罗马帝国的首都罗马城。在顽强抵抗了一年之后，古罗马人不得不向哥特人投降。哥特人当时提出的退兵条件里，除了金银珠宝，还包含着一个相当奇怪的要求——古罗马人必须交出一种植物的种子。

哥特人对于金银珠宝的数量和质量并没有作特别具体的要求，但对于这种植物的种子，却丝毫没有商量的余地，似乎这种植物的种子比其他的财宝更加珍贵。被哥特人视为珍宝的这种植物，就是胡椒。后来，哥特人找到了古罗马人的胡椒仓库，并且洗劫一空。哥特人抢到了超过3000磅的胡椒，终于如愿以偿。(5)

看到这里，不知道你有没有感到好奇。胡椒，作为一种在我们餐桌上不太起眼的调料，为什么会被哥特人如此重视呢？这里面的故事，真的很值得我们好好说说。

我们在讲到海带、有毒植物、辣椒时，已多次提到人类的味觉。我们说过，人的味觉主要有六种，分别是酸、甜、苦、咸、肥、鲜。我们餐桌上所有的食物，都可以分解成这六种味道。我们经常把好吃的东西叫作“美味”，认为品尝味道的主要器官是舌尖，有一档著名的纪录片就叫《舌尖上的中国》。但很遗憾的是，味觉其实并不是为了美食而生的。甜味意味着糖类；苦味意味着危险的有毒物质；咸味意味着维护体液平衡和神经传导的钾钠离子；酸味可以引导我们摄入能够调节体内pH值的物质，同时促进食欲；肥腻的味道意味着脂肪；鲜味意味着蛋白质和氨基酸。六种味觉其实都只与生存有关。

胡椒对于哥特人来说像黄金一样珍贵

比起味觉，我们人类的嗅觉则要灵敏和复杂得多了。2004年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国的两位科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克，正是为了表彰他们在气味受体和嗅觉系统组织方式的研究中做出的贡献。

普通人的嗅觉，大约可以识别和记忆1万多种不同的气味，这个过程，是靠分布在鼻腔细胞膜上的气味受体细胞来实现的。阿克塞尔和巴克的研究发现，人体内有大约1000个基因用于对气味受体细胞膜进行编码，以分辨不同的气味。正是不同的细胞膜结构，才能与不同的气味分子发生化学反应，不同的化学反应就会产生出不同的生物电信号。根据不同的电信号，我们的大脑就能把气味“想象”出来。(6)

当气味受体反复被激活，并且向大脑释放出电信号时，我们特定的脑区就会形成模式。当我们看到或者提到相关的东西时，就能想起对应的味道。胡椒带给人类的体验，大多数都来自嗅觉。所以，我们才会把胡椒称为香料。也许你从来没见过胡椒这种植物，但你一定吃过胡椒，也见过晒干的胡椒粒。当我提起胡椒时，你也许还能想起胡椒的香味来。

胡椒是一种生长在热带地区的藤本植物。以前咱们说过，藤本，对于植物来说，是一种相当先进的生存策略。它们会抓住其他的树木，爬到较高的地方去争取阳光。但是，比起同样高度和生命规模的大树来说，藤本植物需要付出的能量更少，它们不需要从头开始搭建一个结实的树干。

如果把藤本植物比作创业者，那么这就是那种非常善于利用现有平台的创业者。他们会利用电商平台销售商品，利用自媒体平台发布内容，利用直播平台来聚集粉丝。事实上，在当前的商业格局来看，借助公共平台寻求发展的创业者，确实比那些从头开始做的创业者成活率要高得多。从某种意义上讲，那些公众号、大V之类的创业者，走的都是藤蔓的策略。在任何生态环境中，节约能量的选择，总是更具有生存优势的。

野生的胡椒可以爬到十几米高的大树顶端，结出一串串圆形的小浆果。最终成为调味品的胡椒粒，其实是胡椒藤上产生的浆果。当它们成熟的时候，就会变成红色，吸引鸟类前来采食。

与辣椒类似，胡椒产生的辛辣气味也是为了抵抗昆虫和食草动物的采食。胡椒抵抗采食者的独门武器，就是胡椒碱。与辣椒中的辣椒素不同，胡椒碱显然更具有挥发性。这不仅能够让误食了胡椒的动物牢牢记住教训，还能通过气味远距离对害虫产生驱避作用。

胡椒藤甚至会攀附到树顶，它的浆果吸引鸟类前来采食

胡椒碱以及外果皮中的蒎（pài）烯、桧（guì）烯、苯烯、石竹烯与芳樟醇等物质，让胡椒闻起来有一种类似柠檬的特殊气味。有调查表明，绝大部分人都认为这种气味是“好闻”的。

如今我们食用胡椒的方法，与古人几乎没有差别。最常规的方法，就是把晾干的胡椒粒碾成粉末，然后撒到食物里面。常见的胡椒有两种颜色，分别是黑胡椒和白胡椒。其实无论黑胡椒还是白胡椒，它们都是胡椒树上结出的果实。

如果把尚未成熟的胡椒浆果晾干，就会得到表皮发皱、颜色暗黑的胡椒粒。把这种胡椒粒连壳一起磨碎，就是我们平常食用的黑胡椒了。如果让胡椒的浆果彻底成熟，就会得到白色饱满的胡椒粒。喜欢吃胡椒的人都知道，白胡椒的味道比黑胡椒更温和。但是，它们味道温和的原因，是因为白胡椒外壳的味道实在过于辛辣，只有去壳之后才容易被人接受。

除了我们熟悉的黑胡椒和白胡椒以外，还有两种不太常见的胡椒制品，就是红胡椒和绿胡椒。绿胡椒是把新鲜的未成熟的胡椒果实，用冷鲜或者腌制的方法保存起来。而红胡椒则是用类似的方法，把成熟的红色胡椒浆果储藏起来。由于胡椒浆果中的水分没有散失，鲜艳的绿色和红色也就保存下来了。

谁是第一个品尝到胡椒滋味的人，已经很难考证了。现在，我们只能通过胡椒原产地进行一些猜想。从胡椒原产地的分布来看，东南亚和印度肯定是最先了解胡椒的地区。随后，胡椒分别向东和向西进行了传播。

大约在汉朝的时候，胡椒传入我国。几乎是同时，胡椒也传入当时欧洲的中心——罗马帝国。不管是在中国还是在古罗马，胡椒都有一个共同的特点，那就是贵。当时的胡椒有一个名号，叫作黑色黄金。这个名字可不是夸张的说法，在当时的欧洲，一颗胡椒粒，真的就可以与一枚金币等值，所以才有了开头哥特人掠夺胡椒的那一幕。胡椒，绝不是一般人可以消费得起的。

在香料的历史中，一直流传着这样的说法：古代人之所以喜欢用香料，是因为古代食肉是不容易的事情，为了掩盖肉类腐烂的味道，或者防止腐烂，古代人才会对香料趋之若鹜。这种说法乍听起来似乎很有道理，不管是古埃及的木乃伊，还是中国的古墓，都可以发现大量使用香料防腐的痕迹。但是仔细一想就会发现，这个说法是有漏洞的。使用香料最多的群体，恰恰是有钱人。对于可以出一个金币来购买一粒胡椒的有钱人来说，他们根本就不会缺少新鲜的食物。而有食物防腐需求的群体，吃不上新鲜的食物，当然更加买不起昂贵的香料。所以，人们使用香料的目的其实只有一个，那就是我们真的喜欢它们的味道。在古代，香料的味道，本身就是身份和阶层的象征，不管是东方还是西方，都是如此。(7)

你可能会觉得奇怪，胡椒凭什么那么昂贵？难道不能通过大规模的种植，把胡椒的价格降下来吗？说来答案也很简单，因为喜爱胡椒的人，最初连胡椒是一种植物都不知道。阿拉伯人把胡椒彻底磨碎，伪装成一种珍贵的矿物。欧洲人足足花了1000年的时间，才逐渐弄清楚胡椒的来历。但即便如此，在层层信息的封锁下，想要到达胡椒的原产地找到胡椒，仍然是一件非常困难的事情。

在《马可·波罗行记》中，描述了位于遥远东方的杭州城，每天都要消耗4000多千克的胡椒。(8)当欧洲人看到这本书的时候，惊得下巴都要掉了。欧洲人怎么也无法想象，中国人竟然可以如此奢侈地消费贵如黄金的胡椒。

马可·波罗书中提供的数据并没有事实依据，今天的学者倾向于认为，这可能只是一种博眼球的写法而已。但在当时，神秘东方的强大消费能力，却狠狠地刺激了欧洲的航海产业。终于，葡萄牙人在东南亚地区的苏门答腊岛上，看到了长在藤上的胡椒果实，才总算解开了胡椒的产地之谜，打破了阿拉伯人的垄断。

发现胡椒的产地，这可不是一件小事。在葡萄牙人抵达苏门答腊岛之后不久，西班牙人、荷兰人、英国人就赶紧派出船队，来苏门答腊岛抢夺珍贵的胡椒资源。为了争夺胡椒，英国与荷兰在东南亚发生了三次战争，最终还把战火烧到了欧洲的土地上。

你可能听说过，英国与荷兰都各开过一家东印度公司吧，这两个国家最初的目的，就是保障胡椒贸易的顺畅。在当时，只要胡椒能运回欧洲，等待商人们的就是丰厚的利润。但在那个靠风力帆船环球航行的时代，远洋贸易的风险极其巨大，船上出现坏血病、脚气病之类的瘟疫绝对是家常便饭，如果遇到风暴，连船都有可能会沉掉。所以，为了规避风险，这两个公司几乎在同一时间发明了一种东西，那就是现代公司制度。荷兰的东印度公司是人类历史上第一家股份有限公司，在阿姆斯特丹成立了世界上第一个证券交易所。你看，一粒小小的胡椒，就这样撬动了整个世界的经济。

说完胡椒，咱们再说说另外一种很常见的香味植物，那就是薄荷。

比起保持了1000年神秘感的胡椒，欧洲人对于薄荷是相当熟悉的，因为欧洲就是薄荷的主要原产地之一。虽然薄荷常见，但它却一点儿都不普通。因为薄荷与绝大多数植物都不太一样，它除了诱人的香气以外，竟然还能给人一种“清凉”的感受。

即便是古人也明白，冷与热这种感受与酸和甜这类味觉感受完全不同。无论食物是酸还是甜，都是食物本身的一种属性，与其他外界条件关系不大。而冷热不是。摸起来冰冷的东西，如果放在火上烤烤，就会变得温热了。很显然，冷热是物品外在的属性。

但是，薄荷的存在，颠覆了人类对冷热的理解。无论薄荷的叶子自身是冷还是热，吃到嘴里之后，我们都能体验到一种冰凉的感受。在我们弄明白薄荷带来清凉感的原理之前，这简直就是魔法一样的存在。

在古老的希腊神话里，把薄荷描写成河边的妖精幻化的植物。在古罗马最引以为傲的浴室文化中，薄荷带来的清凉感，也是一种不可或缺的重要元素。

与薄荷的清凉感相对应的，是辣椒带来的灼热的感受。古人也早就注意到，辣与热是类似的感受，在英语里，常常会把辣与热用同一个单词，也就是“hot”来表示。在前面讲辣椒的时候我们说过，辣椒的灼烧感其实是辣椒素激活了神经元中感受温度的VR1受体产生的，辣椒并没有真正提高我们的皮肤温度。薄荷的清凉感也是一样，这不过是化学物质和我们人类的感官玩的一个小把戏而已。

无论是感知辣椒的热，还是感知薄荷的冷，都是通过一类名叫离子通道蛋白的蛋白质来完成的。2002年，科学家发现了人体的第一种低温感受受体，也就是TRPM8 。(9)这类受体十分敏感，只要周围的温度低于25℃时，它们就能够感知得到。

让TRPM8受体发生作用的，是薄荷叶子里的薄荷醇。薄荷醇在接触到人体的皮肤黏膜时，就会与受体相结合，让人产生冷的感受。在我们的人体表皮中，TRPM8最集中的位置，就是面部的三叉神经区域，也就是我们的口鼻位置，所以当我们食用和闻薄荷的时候，会感到特别清爽。虽然很多食品都会添加一点薄荷，但使用薄荷的大户，还是口香糖、薄荷糖以及牙膏。清凉的感受会让我们有一种口腔十分清洁的错觉，这也是大多数牙膏都会加入薄荷的原因。(10)

除了薄荷醇，薄荷的叶片中还能挥发出薄荷酮、乙酸薄荷酯、莰（kǎn）烯、柠檬烯等几十种不同的芳香物质。现在，园艺市场上至少有200种不同香味的薄荷，这些薄荷的最大区别，就是它们的香味不太一样。这些种类中，就有柠檬薄荷、苹果薄荷、橘子薄荷，还有胡椒薄荷。你没看错，就是胡椒薄荷。胡椒中的重要芳香物质蒎烯和桧烯，在薄荷中也是存在的。只要通过选育的方法，让这些物质的合成量逐渐增大，就能得到胡椒口味的薄荷了。

薄荷是最容易养活的植物之一。它们生长飞快，杂交容易。在育种师的眼中，薄荷简直就是一个生产芳香物质的化工厂，它们能把不同比例的芳香物质混合起来，产生各种各样复杂的香味感受。而在背后控制这些香料配比的，就是薄荷的基因。育种师通过大量杂交繁殖薄荷，选出最符合要求的植株，再逐代培养，最终让薄荷呈现出自己想要的味道。(11)

不仅人类对迷人的香味着迷，很多动物也一样。如果你养过猫的话，一定对猫薄荷这种植物有所耳闻。猫薄荷的大名叫作假荆芥，与薄荷同属于唇形科，也算是薄荷的远亲。这种植物中让小猫着迷的物质，名叫荆芥内酯，它可以刺激猫科动物的大脑神经元，让小猫产生兴奋感。

猫薄荷并不是唯一一种能让小猫着迷的植物，有一种名叫天木蓼（liǎo）的植物，它对小猫的吸引力，比猫薄荷还要强。

我们看到的天木蓼，一般都是一捆一捆的小树枝，闻起来有一股香味。猫闻到气味后，就会凑上去闻个不停甚至直接啃食树枝。天木蓼来自猕猴桃科，是水果店里那些猕猴桃的近亲。天木蓼的树枝里除了含有小猫喜欢的荆芥内酯，还含有另外一种叫作猕猴桃碱的物质(12)。实验发现，有大约60%的小猫会对猫薄荷感兴趣，而对天木蓼感兴趣的小猫，则多达75%。这很可能是两种香味共同作用的结果。

更多猫咪喜欢天木蓼

现在我们已经知道，并不是只有人和猫才会对特殊的香料着迷，自然界还有很多种动物，都有自己喜爱的香味。但是，这就带来了一个有趣的问题：这些芳香物质似乎对于动物的成长并没有特别的好处。它们既没有提供特别的营养，也没有提供多少能量。更重要的是，这些闻起来芳香的化学物质，本来就不应该招人喜欢，因为它们是植物用来驱赶昆虫的武器。那么，到底是什么力量，让动物臣服于这些散发着香味的植物脚下的呢？

对于这个问题，目前还没有绝对令人信服的解释。各种假说当中，最有说服力的，叫作趋利避害说。芳香类植物努力驱赶的各种昆虫，既是植物的敌人，也是人类的敌人。那么，植物产生的能够让害虫退避三舍的物质，就是对人类有利的。在芳香类植物生长茂盛的地方，会有较少的昆虫。所以这些气味，在人类看来，就意味着安全、舒适以及较少寄生虫的生活环境。

2008年，佛罗里达大学和美国农业部联合发表了一项研究。这项研究指出，一种与胡椒碱类似的化合物六氢吡啶，具有很强的驱蚊效果。在做这项对比研究的时候，会要求一半的志愿者在裸露的手臂上涂上一层六氢吡啶，然后把手臂伸进一个装有500只雌性蚊子的笼子当中；另外一半的志愿者，手臂上涂的则是传统的驱蚊剂避蚊胺。结果显示，六氢吡啶对蚊子的趋避时间，长达避蚊胺的3倍。

俗话说，敌人的敌人就是朋友。大多数原本用来趋避害虫的气味，由于可以让人类和其他动物免于蚊虫的叮咬，就会在漫长的演化中，逐渐被人类的嗅觉解释成香味。所以，从这个角度来看，胡椒、薄荷这类散发芳香的植物，能成为人类历史上最重要的香料和调味品，其实是演化史上的必然。

植物通过帮助人类在炎炎夏日驱赶蚊虫，从而建立了与人类的共生关系，这真的算是一种伟大的创新。下一节中，我要给你讲讲专门陪伴人类度过严寒的几种植物。

第三节　棉花与桑树，人类不再寒冷

每当冬天来临的时候，我就会有一个感慨：人类作为一种10万年前还生活在热带丛林里的生物，如果我们没有解决保暖问题，怎么可能完成这种跨越大洲的长途迁徙，还能在全世界各地定居呢？而且，根据目前得到最广泛认同的长跑假说，人类的祖先还生活在非洲的时候，就因为散热的需求而褪去了全身的体毛。赤裸无毛的皮肤，让人类可以在热带地区长时间地奔跑，这是明显的生存优势。

但是，没有体毛的人类该如何在寒冷的环境中存活呢？答案当然就是衣服。我们是世界上唯一发明了衣服的物种。今天，我们就来讲讲那些帮助人类御寒的有趣植物。

自从人类离开温暖的非洲之后，抵御寒冷这件事就和寻找食物变得一样重要。在缺少食物的环境里，人类还能活上好几天，但是，一个寒冷的夜晚，就能夺走很多人的生命。

人类最早用来御寒的材料，就是捕猎获得的兽皮。兽皮非常柔软，也比较容易加工成贴合身体的样子。原始人类不需要思考，也能知道兽皮是最佳的御寒材料。时至今日，皮草仍然是受人喜欢的冬季服装。

但是，兽皮的获得成本太高，而人类种群又扩大得太快，御寒这个需求缺口就越来越大。相比较而言，从植物身上获取低成本的御寒材料，是更加可行的方案。

御寒的原理其实很简单。原始人类很容易发现，只要是没有风的地方，就会很暖和。空气是热的不良导体，比起固体物质来说，空气的温度变化更慢。所以，御寒的诀窍，就是想办法阻止皮肤附近的空气流动。这样只凭借着薄薄一层空气，就能帮我们有效地抵御寒冷了。

但是，这事说起来容易，做起来难。即便是静静坐在没有一丝风的秘密房间里，我们还是会感觉到冷。原因就是，皮肤周围的空气一旦被我们的体温加热，就会膨胀上升。热空气自己就会带来对流，这就不利于皮肤的保暖。衣服起到的作用，就是利用致密的纤维，把贴近体表的空气分隔成很多的小空间，这样就减少了皮肤表面的空气流动，达到了保暖的目的。

除了天然就是为保暖而演化出来的兽皮以外，自然界最适合制作衣服的东西，就是植物纤维。植物纤维主要由纤维素构成，是植物体内最常见的物质之一。它们具有一定的长度，化学性质稳定，还具备一定的弹性。

亚麻是最容易获得的优质植物纤维之一，它被人类利用的时间也最早。亚麻的纤维平直光滑，非常适合纺线。差不多在3万多年前，我们的祖先就已经学会用亚麻来织布了。有了布料，就能让做出来的衣服更贴合身体，当然也就更加保暖了。但是亚麻这类植物的缺点也很明显，它们的纤维比较粗硬，穿在身上不仅不够舒服，也不容易织成致密挡风的布料。

差不多在同一个时代，也就是公元前5000年左右，人类在全世界范围内发现并且开始使用棉花。但从历史角度来看，这件事情不难理解。毕竟，我们需要一种容易种植、纤维柔软而且容易纺织的植物纤维，而棉花恰恰就符合上述特点。但是，如果从植物学的眼光来看，就很有意思了。非洲、美洲和亚洲，这些大洲远隔千山万水，竟然都有棉花。这是怎么回事呢？

棉花是锦葵科的植物，原生地分布在各大洲的热带地区。形态有草本，也有小灌木。棉花在演化的过程中产生了四个不同的品种：中美洲的陆地棉、南美洲的海岛棉、非洲的草棉和亚洲的树棉。(13)

直到现在，科学家也没有找到很确切的棉花的原生地。也就是说，我们现在还不清楚，陆地棉、海岛棉、草棉和树棉，它们谁是谁的祖先。这说明，棉花很可能在一个很短的时间里，就迅速扩散到了全球。如果我们把棉花看作一家全球连锁店，那么，这家店就是那种一瞬间在全球范围内同时开很多家店的公司。这样的开店方式，让每一家分店的历史看起来都差不多。所以，也就分辨不出棉花的总店最初开在哪里了。

棉花之所以能够实现全球范围的快速扩张，靠的是两个经营秘诀。第一个秘诀叫作自花授粉。棉花虽然名字里就带着一个“花”字，但是，我们看到的毛茸茸、软绵绵的部分却并不是棉花的花朵，它是棉花的蒴果。棉花真正的花朵，是一种长有五个花瓣，很漂亮的白色花朵。棉花是可以自花授粉的植物。自花授粉的意思是说，即使是同一朵花的雄蕊上的花粉，掉到了同一朵花的雌蕊上，也能够授粉成功。这就使得棉花的授粉是一件很容易的事情，有小虫子从花心儿里爬过就可以完成授粉。甚至，一阵风把棉花吹得摇动了一下，都可能让棉花完成授粉的动作。你可能会觉得，自花授粉不是理所应当的吗？如果这么想，那你就错了。自花授粉虽然简单方便，但是却有一个明显的缺点：自花授粉的物种，它们能够进行基因交换的机会太少了。

咱们还用全球连锁店来举例子。如果说一家连锁店迅速复制了自己的业务，把店铺开遍全球，而又不根据当地的消费情况调整自己的经营，那后果会是什么？后果就是，肯定有很多分店会因为不适应当地环境而遭到淘汰。棉花的全球扩张正是这样，自花授粉让棉花的繁殖能力大大增加，但是缺少基因多样性的棉花，也必然会因为气候或者环境的变化而大量灭绝。这就是陆地棉、海岛棉、草棉和树棉，它们的原产地分散在全球不同地方的原因。这些原产地曾经是连在一起的，但是后来气候环境的变化，让其他地区的野生棉花灭绝了。

不知道你还记不记得前面讲过的景天科植物大迁徙，景天科植物与棉花一样，也经历过一个全球扩张的过程。但是，它们两者的生存策略却是截然不同的。景天科植物是严格的异株授粉的植物。它们不仅不能自花授粉，连同一株植物的不同的花，也不能相互授粉。由于这个策略，景天科植物的基因多样化水平非常高。它们一边发生着杂交变异，一边向周边扩散，最终也抵达了遥远的大陆。

棉花的策略是先把分店开起来，如果将来不适应环境，也不介意关门。而景天则一步一个脚印，每开一家分店，就尽可能地长久经营下去。所以你看，生物界并没有绝对正确的生存策略，在追求基因多样性这一点上，棉花与景天的策略完全是两个极端，但是它们同样都走遍了全球。

全球各大洲的人类利用野生棉花的时间差不多，但是种植和驯化棉花的时间却很不相同。印度应该是全世界最早开始驯化棉花并将其用来织布的民族。公元前3000多年，印度就已经出现棉纺织品了。时至今日，印度也仍然是世界第二的产棉大国。

在我国的历史上，一共经历过两次棉花的引入。第一次棉花引入，大概是在汉朝的时候，原产于印度的树棉，跟随着丝绸之路传入了我国。树棉在热带地区能长到6米多高，是多年生的木本植物。但是，由于缺乏有针对性的纺织技术，棉花在很长时间里并没有得到很广泛的应用。

第二次棉花引入，是在19世纪末期，原产于墨西哥的陆地棉通过航海贸易再一次传入我国。陆地棉与树棉不同，它是一年生的草本植物，由于它生长迅速，也没有越冬的需求，所以很快取代了本地栽种的树棉，成为棉农广泛栽种的品种。

历史上有一个很有趣的关于棉花的故事，是现在研究农业史的学者很喜欢讨论的。话说佛教禅宗的六祖慧能法师，就是写下那句“本来无一物，何处惹尘埃”的慧能法师，他从五祖弘忍法师继承的衣钵里面，有一件宝贝。我说出宝贝的名字，估计你也听说过，那就是历史上很有名气的木棉袈裟。木棉袈裟里面的木棉，可不是咱们现在常说的那种高大的木棉树，这里面的木棉，指的就是从印度传入我国的树棉。因为佛教与树棉都来自印度，所以用树棉纺织而成的木棉袈裟，在佛教的传承中，就有了特殊的意义。

这个故事告诉我们，直到唐代，棉花制成的纺织品依旧是比较稀有的东西。咱们上学的时候，都学过珍妮纺纱机的历史意义。历史上把珍妮纺纱机的发明，看作开启第一次工业革命的里程碑事件。那为什么是一台纺纱机开启了工业革命，而不是一台打铁或者锯木头的机器开启了工业革命呢？这是因为，在纺纱机的背后，是人类对于棉纺织品超级巨大的需求。

在我国，一直到宋朝，棉花的种植才开始从南方地区逐渐普及开来。直到宋末元初，我国的棉纺织业才开始出现爆炸式的快速发展。这个爆炸式发展的起点，也是一系列的纺织技术革新，发起这些技术革新的人，就是黄道婆。

纺织业的盛行，也让我国的劳动力产生了分工：北方农民把原棉运到长江中下游地区，南方织户雇用工人把这些原棉纺织成布，很多棉织品又被运回北方售卖。这时，棉布才逐渐普及，成为老百姓能消费得起的衣料。如果我们用羊毛来替代棉花，那么想要生产出等同于世界棉花消费量的羊毛，就需要养至少70亿只绵羊才够。我们每个人日常消费的棉花，差不多就相当于一只羊。(14)

为了追求棉花的产量，现在全世界90%的棉花，都是高产的美洲陆地棉。但是高产的同时，棉花正面临着基因单一的严峻考验。

前面我们说过，棉花能够自花授粉，本身就不利于物种基因的多样性。而我们为了追求棉花的高产，全世界只种植同一种棉花，就更加重了这一趋势。基因单一的棉花，一旦面临病虫害，优点就会立刻变成致命的缺点。

臭名昭著的棉铃虫，可能是社会知名度最高的几种农业害虫之一。棉铃虫是夜蛾科的害虫，它们的幼虫会啃食棉花的叶子、花蕾和棉铃，导致棉花严重减产。原本在自然界中，由于其他天敌的控制，棉铃虫并不会对棉花的生长造成太大的影响。但当几千万亩的土地上只种植棉花一种作物的时候，生态环境就彻底发生了改变。棉铃虫不再是生物链中的一环，而是变成了棉花的专属寄生虫。棉铃虫也随着棉花共同演化，让它们的生长周期与棉花完美同步，这就让虫害变得更加严重。(15)

棉铃虫和棉铃实夜蛾

无论是传统的喷洒农药，还是新式的转基因抗虫，对于棉铃虫来说，都只是一种控制棉铃虫数量的手段而已。只要棉铃虫没有被彻底杀死，这些手段就会变成催生棉铃虫演化的环境压力(16)。你想想看，几千万亩的棉田，几乎是棉铃虫唯一的食物来源。凡是没有被转基因技术杀死的棉铃虫，都会具有更大的危害性。虽然转基因抗虫技术现在看来仍然相当有效，但已经有很多科学家开始担心，那些不畏惧转基因技术的超级害虫，将来有可能给我们制造更大的麻烦。

说完了人类最痛恨的一种昆虫——棉铃虫，下面要说的可能是人类最喜欢的一种昆虫了，它们就是蚕。在棉花没有在我国普及的年代，麻与丝就是最常见的纺织品了。

有文献记载，早在黄帝时期，我国的先民就发明了“养蚕取丝”的技术。后来的考古学证据表明，这些记载并不只是传说而已。在距今6000多年的仰韶文明和良渚文明中，就发现了蚕茧和丝绸制品的遗迹，也证明了我国是最早开始驯化家蚕并且进行丝绸制品生产的国家。

丝绸自古以来就是顶级的服装面料，穿着丝绸也成为一种财富和地位的象征。从汉朝开始，丝绸就已经远销到中亚和欧洲。当时的罗马皇帝都以穿上中国出产的丝绸服装为荣。运送丝绸的商路，也被起名为“丝绸之路”。

比起纯棉面料来说，丝绸面料有着柔顺、滑腻且富有弹性的特点。在棉花纤维中，有94%都是纯粹的纤维素。每一根棉花纤维，最初都是一个棉籽胚珠上的表皮细胞。这些表皮细胞在种子成熟的过程中会不断地伸长，最后特化成棉花长长的纤维。而蚕丝的主要成分，则是一种名叫丝素蛋白的高分子化合物，这种物质占了蚕丝的70%～80%。正是棉花与蚕丝在微观上的差异，决定了棉花坚韧透气，蚕丝柔软舒适、弹力十足的特性。

蚕丝之所以能够有这些优秀的特性，与蚕的食物——桑树是分不开的。

昆虫按照食性可以分成三类。第一种是只吃一种植物，别的植物什么都不吃的，比如水稻的害虫三化螟，它们的幼虫只吃水稻，其他什么都不吃。第二种就是什么都吃、来者不拒的昆虫，比如棉铃虫，虽然它们对棉花的危害非常严重，但其实它们并不挑食，别的植物它们也吃。第三种是处于它们之间的寡食性昆虫，它们只会吃少数几类植物。

吐丝结茧中的蚕

蚕就是这种寡食性的昆虫，它们能吃的植物并不多。人们发现它们会去吃柘（zhè）树、构树的叶子，如果实在缺乏食物，蚕也会吃榆树、蒲公英和生菜的叶子。但是它们最爱吃的食物只有一种，那就是桑树的叶子。

桑葚

桑树是桑科桑属的植物，也是整个桑科的大家长。桑树也是我国原产的树种，它与同样原产于我国的家蚕，似乎就是天造地设的一对。(17)

之所以蚕吃完桑树叶就可以吐出精致明亮的蚕丝，这和桑树叶本身的特性很有关系。影响蚕丝质量的最重要的两种物质，就是桑叶中的纤维素和粗蛋白(18)。干燥以后的桑叶，粗蛋白含量可以高达20%~30%。这样的蛋白质含量，甚至可以和苜蓿这类最好的牧草相提并论。正是在纤维素和粗蛋白的共同作用下，又通过家蚕的消化和吸收，最终才能产出丝滑柔顺的丝绸。

营养丰富的桑叶不仅是家蚕的最爱，也可以成为我们餐桌上的佳肴。在广东、广西的一些地区，就有把桑叶当作蔬菜食用的习惯。桑叶吃起来味道爽脆，也是别有一番风味的。

桑树除了给蚕提供了优质的食物，其实也给人类带来了另外一种鲜美的水果，那就是桑葚。很多人都习惯把桑葚这类甜美多浆的果实叫作浆果，其实这是错误的认识。如果你仔细观察桑葚就会发现，桑葚的样子很像麦穗。这是因为，桑树长着与小麦一样的穗状花序。一个桑葚，其实就是一整个花序。桑葚上面布满了密密麻麻的小凸起，每一个凸起都是一个小小的果实。这种结构的果实，植物学上叫作聚花果。

吃过桑葚的人都知道一定要小心，桑葚里面紫色的汁液如果滴在衣服上，就很难洗掉。即便没有滴在衣服上，当你吃完桑葚之后，你的舌头、嘴唇、手指都会被染上一层蓝紫色。这些蓝紫色的物质，就是花青素。如果你有兴趣，可以挤出桑葚的果汁，然后往里面滴一滴醋，就会发现原本蓝紫色的果汁会一下子变成红色。花青素是一种天然的染料，也是一种天然的酸碱指示剂。你如果有兴趣，可以在家里跟家人做一做这个有趣的小实验。

棉花和桑树，一个给人类直接提供了棉花纤维，另一个则间接地给我们提供了蚕丝。人类作为唯一一种会穿衣服的动物，不出意外地与它们结成了合作共生的关系。现在，它们存在的意义，已经不仅仅是帮助人类御寒，更是人类文明史中的重要符号。

人类就像是自然界物种大协作的积极倡导者，我们驯化其他物种的同时，也在不遗余力地驯化着自己。我们经常提醒自己，要保护生态、回归自然。其实，当我们与其他的物种展开不离不弃的深度协作时，我们也应该意识到，人类从来就没有摆脱掉自己的动物属性，这种深度协作，正是生态圈的一部分。

下一节里，我们的话题要重新回到餐桌，说两种亲缘关系很远，但却存在着某种神秘联系的植物。

第四节　咖啡与茶，神秘远方的馈赠

1848年5月7日傍晚，夕阳把温柔的泰晤士河映照得波光粼粼。在泰晤士河的北岸，坐落着一座结构明快的欧式园林，这就是切尔西药用植物园。这是英国最古老的植物园之一，它的历史比世界闻名的邱园还早86年。

植物园里，一条条笔直的小路将园区分割成规则的几何形状。小路两侧，整齐地种植着各种各样的植物。

两个男人一前一后走在小路上，夕阳把两个人的影子拉得很长。走在前面的青年身材高大、面容坚毅，他正是切尔西药用植物园的园长、植物学家罗伯特·福琼（Robert Fortune）。走在福琼身后的，是已经颇有成就的植物学家约翰·罗伊尔。罗伊尔已经50岁了，他的头发已经稀疏，身材也有些走样，但是精力却十分充沛。他一边走，一边欣赏着小路两旁种植的花草树木。每当罗伊尔蹲下来观察花草的时候，福琼就站在旁边等他。

罗伊尔赞叹着说：“这个植物园很美，你真的舍得撇下这一切到中国去？”

福琼笑着回答：“我当然舍不得。不过，中国再去几次都是值得的。中国人自古以来就很重视对药用植物的研究。这次再去，我敢肯定还会有大收获的。”

罗伊尔站起身来，说道：“去看看你的新发明吧，想要接下这个订单，最关键的，还是要让种子和树苗能在漫长的旅途中存活下来。”

福琼点了点头，带着罗伊尔来到了小路尽头的一个院子里。院子里摆放着几个外形类似柜子的东西，与普通柜子不同的是，这些柜子是用玻璃做成的。柜子里面生长着茂盛的蕨类植物。

福琼解释说：“这就是沃德箱。为邱园工作的沃德博士发明了这个东西，我改进了它的结构。它很简单，但是邱园一直保守着沃德箱的秘密。海上航行缺少淡水，没有哪个船长舍得用珍贵的淡水来浇灌植物。所以，以前我们只能带回植物的种子。但是沃德箱是密封的，里面的植物用不着浇水，也能活上好几个月。我们需要很多这种箱子，越多越好。”

罗伊尔的疑虑解除了。他拿出一封信递给了福琼，然后说：“你必须对此行的所有细节保密，福琼先生。下个月才出发，你有充足的时间做好准备。”

罗伊尔带来的信里究竟写了什么？福琼的中国之行，又要去找什么重要的东西呢？这个故事我们要从头讲起。

大多数植物在受到病虫害侵袭的时候，都会产生生物碱类的有毒物质，这些有毒物质就像是杀虫剂，植物会利用它们驱逐害虫。生物碱是一类包罗万象的含氮有机物，吗啡、鸦片、可卡因这些臭名昭著的毒品，都属于生物碱类物质。

除了这些毒性巨大、会严重影响人体健康的生物碱，大多数植物产生的生物碱都要温和得多。以植物为食的昆虫，它们不仅体形小，而且对化学物质的反应机制也与哺乳动物不一样。所以，生物碱类物质驱赶和毒杀昆虫的作用大小，是不能用对人类的有害程度来评估的。

有这么一种大家都很熟悉的生物碱，它们能帮你提神醒脑、集中注意力，还能够帮你驱除疲劳、赶走睡意。不知道你有没有猜到这种生物碱的名字，没错，我们要说的这种生物碱就是咖啡因。我们熟悉的咖啡、茶、可乐、巧克力饮品以及各种各样的功能饮料里，都含有咖啡因。咖啡因与人类社会已经深层绑定，即便我们有朝一日能够戒烟、戒酒，也未必能够摆脱掉对咖啡因的依赖。

我们现在已经知道，至少有200种植物都可以合成咖啡因。这个数字当然是受限于我们现有的研究的。科学家相信，在自然界里，能够合成咖啡因的植物远比200种要多得多。(19)

对于能够产生咖啡因的植物来讲，咖啡因的作用可不仅仅是驱赶害虫那么简单。咖啡因绝对算得上是植物创业史上的一项重磅发明，它们除了驱赶害虫、征服人类以外，还有一项奇妙的作用。

科学家很早以前就发现，咖啡和茶树的花蜜当中，也存在着大量的咖啡因。按照我们常规的理解，咖啡因的作用应该是用来赶走害虫的。但是，花朵产生花蜜的作用，就是为了吸引授粉昆虫前来采食。那么，植物在花蜜中混入咖啡因的目的，到底是驱赶还是吸引昆虫呢？如果咖啡因真的赶走了授粉昆虫，那这简直就是在自毁前程。

英国昆虫行为学家杰拉尔丁·赖特对这个问题也很感兴趣。2013年，赖特领导的团队对三种咖啡树和四种柑橘树进行了深入研究。对，你没看错，我说的就是柑橘树。几乎所有柑橘类植物的叶子和花中都含有咖啡因，不过它们的果实中并不含有咖啡因，所以我们没法通过吃橘子的方法来摆脱困倦。

赖特的团队通过观察发现，在相似的条件下，造访含有咖啡因的花朵的蜜蜂，比造访其他花朵的蜜蜂数量更多。也就是说，咖啡花真的获得了更多的授粉机会。赖特的团队还仔细记录了每一只蜜蜂在花朵上停留的时间，以及同样时间里蜜蜂造访的花朵数量。数据显示，飞舞在咖啡花朵之间的蜜蜂，比其他花间的蜜蜂，显然更加勤快一些。咖啡因花蜜似乎能让蜜蜂变得精力旺盛，而且，它们的记忆力也变得更好。这些蜜蜂能更长时间地记住蜜源植物的位置，也能更牢固地记住花朵的特殊香味，这都为含有咖啡因的植物提供了额外的生存优势。

当然，这些野外的观察并不是实锤的证据。毕竟，观察记录很可能是片面的。野生蜜蜂可能本身就对蜜源植物存在偏好，它们也许天生就更喜欢吃咖啡花或者橘子花的花蜜也说不定。

为了进一步证明咖啡因与蜜蜂的行为之间真的存在因果关系，赖特的团队决定，要在实验室里设置对照组来重复这个实验。

赖特选择了一个封闭的温室，一个蜂箱放在温室的正中央。在蜂箱的左右两边距离相等的位置上，放置了两个装满糖水的盘子当作蜜源。糖水的浓度是完全一样的，温室中的蜜蜂也只有一种，这就排除了野外环境中可能出现的无关干扰。

赖特的团队在其中一盘糖水中添加了少量的咖啡因，这样，两盘糖水就可以互为对照了。一开始，蜜蜂们并没有什么倾向，它们会很随机地飞到左边或者右边的盘子里采集糖水。但是很快，变化就发生了。吸食了咖啡因的蜜蜂变得更加兴奋，它们勤奋地在糖水和蜂箱之间飞舞，更加卖力地跳着圆圈舞。蜜蜂跳舞的时间越长，就意味着蜜源越丰富，值得出动更多的蜜蜂去采蜜。

咖啡花的花蜜含有大量咖啡因，能吸引更多蜜蜂

这些兴奋的蜜蜂很快改变了蜂群的行为，越来越多的蜜蜂加入了吸食咖啡因糖水的大军。它们不仅自己变得更加兴奋，在回到蜂巢之后，还会鼓励更多的蜜蜂去采蜜。

含有咖啡因的花蜜就像是茶水间的咖啡一样，刺激着蜜蜂的神经，激励着它们更努力地工作。那么，这是不是意味着，如果给蜜蜂适量地喂食咖啡因，就能增加蜂蜜的产量了呢？很遗憾，答案是否定的。

赖特的团队观察到，当含有咖啡因的糖水耗尽之后，蜜蜂们仍然长时间不肯放弃蜜源。它们跳圆圈舞的时间会传达给同伴一个错误的信息——这里的蜜源质量又好，数量又多。但是，另外一处糖水，却被蜜蜂们忽略了。

所以，虽然咖啡因激励了蜜蜂，改善了它们的记忆力，但是，蜜蜂们评估蜜源的能力却大大地下降了。它们会过分高估那些含有咖啡因的蜜源，忽视其他更优质的花朵。对于养蜂人来说，咖啡因不仅没有帮他提高蜂蜜的产量，正相反，这些蜜蜂的产蜜量还可能会降低。

不过，对于咖啡、茶树或者柑橘这类植物来说，咖啡因这个创新是有效的，它们确实在授粉问题上捞到了好处。即便它们提供更少的花蜜，蜜蜂也愿意为它们授粉。

目前，科学家还不确定，蜜蜂的行为到底是兴奋还是记忆力提升，或者干脆只是一种成瘾行为。但是，对人类来说，咖啡因成瘾确实是一个实实在在的问题。

如果你因为没喝咖啡就没办法集中精力工作，或者不喝咖啡就会感觉到抑郁和焦虑，那就是对咖啡因成瘾了。戒掉咖啡因通常不会很难。一位咖啡成瘾者如果忍住不喝咖啡，那些不舒服的感觉一般只会持续10天，顶多两个星期，大多数人的戒断反应就会彻底消失。但是，也有一些人的戒断反应相当强烈，如果没有足够的意志力，他们就只能选择终生与咖啡为伴了。

咖啡因代替腺苷受体与腺苷发生结合，大脑就不容易感知疲劳

咖啡因影响蜜蜂的方式与影响人类完全不同。在我们的大脑中，有一种专门用于感知疲劳感的机制。当我们身体内的能量耗尽的时候，大脑神经细胞表面的腺苷就会与腺苷受体发生结合，发生结合的腺苷数量越多，发出的睡眠信号也就越强烈。

咖啡因与腺苷受体有着相似的化学结构，它们能代替腺苷受体与腺苷发生结合。你可以把腺苷想象成一辆大巴车，腺苷受体就像是乘客。这里的规则是，大巴车坐满了人就立即开车。但是咖啡因来了之后，就充当了占座者的角色。新来的腺苷受体没办法与腺苷结合，大巴车就不可能坐满，更不可能开车了。这就是咖啡因能够扫除困倦的原因。

除此以外，咖啡因还能通过非常复杂的机制，促进多巴胺的分泌。提到多巴胺你就应该明白，这个特征与其他毒品作用的方式，是大同小异的。

咖啡并不是毒品，但是咖啡因却是受到严格管制的精神类药品。在我国，贩卖、运输和制造咖啡因的行为，都是违法的。我国台湾地区甚至对现煮咖啡推行了分级制度，制度要求连锁咖啡店对咖啡因的含量用颜色进行标注，供消费者进行参考。

饮用少量的咖啡可以驱除睡意，振作精神。如果大量饮用咖啡，就可能造成精神过度亢奋、烦躁不安甚至睡不着觉。这些症状，其实就是轻度的咖啡因中毒。更严重的咖啡因中毒，有可能会出现昏迷、全身抽搐，甚至由于中枢神经抑制引起呼吸衰竭。严重的咖啡因中毒，是有可能危及生命的。

咖啡因的效果恰好和另外一种物质，也就是酒精对我们人类大脑的作用相反。酒精的作用是让我们的神经变得迟钝，而咖啡因则能够帮助我们振奋精神。

古人对于能够对精神状态产生影响的植物似乎格外敏感。几千年前的中国人，可能从一片意外落入热水的叶子里找到了咖啡因，南美洲的印第安人从煮大叶冬青的水中找到了咖啡因。在非洲的埃塞俄比亚，一位牧民看到自己的山羊吃了咖啡树上的浆果后变得特别兴奋，于是也找到了咖啡因。

在阿拉伯半岛，喝酒由于违反教义而被严令禁止。所以，当咖啡这种饮料出现的时候，很快就替代了酒精饮料，在阿拉伯半岛上迅速传播开来。在欧洲十字军东征时期，咖啡饮品被称为阿拉伯酒，能够提神醒脑的特殊功效让咖啡饮品迅速传入欧洲，并在各地流行开来。

咖啡并不是单一的某一种植物，它是茜（qiàn）草科咖啡属里所有植物的统称，大约有60种。作为一类原产于非洲热带地区的植物，在欧洲大部分地区的气候条件下当然是无法生存的。欧洲人对咖啡与日俱增的需求，让阿拉伯的商人收益颇丰。

随着航海大发现时代的到来，美洲、亚洲很多适宜种植咖啡的地区纳入了欧洲人的版图，咖啡也伴随着欧洲殖民者在热带雨林地区扎下了根。经过育种家一代又一代的选育工作，最终让利比里卡种、罗布斯塔种和阿拉比卡种三种咖啡脱颖而出。

决定一个咖啡品种是否优秀的指标不是产量，也不是咖啡因的含量，而是风味。比如，从口感上说，阿拉比卡咖啡豆油脂丰富、略带酸味，而罗布斯塔咖啡豆则有一股麦粒的香气。如果把三种咖啡豆按照不同比例混合起来，就能调节咖啡的口感和味道。(20)

有研究表明，咖啡豆中含有超过1000种化学物质(21)。从这一点上就不难看出，随机地生产出各种各样的化学物质，就是植物的基本生存策略。基因的多样性水平越高，植物能生产的化学物质的种类也就越多。植物的化工厂永远只有一种策略——让市场，也就是自然环境来决定哪种化学物质是有用的。

茶叶中测出的化学物质没有咖啡豆那么多，但也达到了500种。(22)这让茶叶的味道与咖啡很不相同。很多人都知道，咖啡因是因为咖啡而得名的，而茶叶中的物质则是茶碱。这个认识是错误的。在干燥的咖啡豆中，含有大约2%的咖啡因，但干燥的茶叶中含有的咖啡因达到了3.5%。我们感觉喝茶可以提神，这种提神的作用来自咖啡因，而不是茶碱。这也正是我们把茶与咖啡放在同一小节讲的原因。

17世纪的时候，全球性大规模种植咖啡和第一次工业革命，让全欧洲的人都喝上了咖啡。于是，欧洲的贵族们再也不甘心与普通大众喝相同的饮料了。他们开始把目光转向了另外一种饮品，这就是来自遥远东方的神奇饮料——茶。

我国是茶树的故乡。在云南省保山市，喜马拉雅山脉的东侧，每年从印度洋上吹来的季风，给这里带来了充足的降水，也让这里成为青藏高原地区少有的温暖湿润区域。最原始的茶树，就诞生在这片土地上。(23)

这里是无数生物难得的栖息地，因此上演的生物竞赛也特别激烈。也正因如此，茶树意外地找到了咖啡因这种抵御害虫的利器。但仅仅一种化学物质显然还不够，茶树同时产生了茶碱、茶多酚、茶氨酸等物质，这些物质不仅能驱赶害虫，还构成了茶叶独特的味道。

1610年，来自英国的商人把产自武夷山的红茶带回了欧洲。相较于咖啡，由于茶叶中的咖啡因会和茶多酚进行结合，让茶叶的苦涩并没有那么强烈，反而茶氨酸还能呈现出独特的鲜味。(24)最重要的是，茶叶刚抵达欧洲时价格昂贵，绝对是身份的象征。这种来自神秘东方略带苦涩的饮品，迅速征服了欧洲贵族的时尚圈。不过欧洲人不喜欢单独品尝茶叶的味道，而是参照喝咖啡的做法，把茶水与牛奶还有糖共同混合饮用。贵族们彰显身份的方式也是类似的，很快，欧洲也流行往茶叶中掺杂各种香料一起饮用的方法。

贵族永远是平民热衷模仿的对象。到了17世纪，中国的茶叶已经走出了贵族圈，成为英国平民生活的必需品。喝了200年的茶叶，绝大多数英国人连茶树长什么样子都不知道。茶叶的大量进口，造成了巨大的贸易逆差。1848年，为了平衡巨大的贸易逆差，英国东印度公司萌生了一个邪念，他们想直接把中国的茶种和制茶技术偷走，到印度去大量生产茶叶。

本节开头发生在切尔西药用植物园里的两位植物学家的会面，说的就是这段故事。罗伊尔博士交给福琼的那封信，正是东印度公司的委托书。福琼将会作为东印度公司的植物猎人，来中国盗窃茶树的树种。

茶树苗在沃德箱中生长

1848年6月，福琼登上了一艘伦敦开往香港的货船。经历了三个月的海上漂泊之后，福琼在1848年9月到达香港。在短暂的休息之后，福琼剃光了额头，又找来马鬃，编出了一条假辫子。一番打扮之后的福琼，看起来已经像是一个普通的清朝人了。

随后的两个月里，福琼在广东和福建收集了大量的茶种和树苗，种植在他改良后的沃德箱里。沃德箱很管用，当箱子运到印度时，不仅箱子里的茶树苗十分鲜活，连茶树的种子也发芽了。不过，由于缺少移栽和管理的经验，这批茶树苗中的绝大部分都没能在印度活下来。

看来，有沃德箱的加持，长途运输已经不是问题。问题在于，印度缺少一个能够种活茶树的技术团队。第二次，福琼把收购到的茶种和树苗，装满了16个巨大的沃德箱。他还高薪从武夷山聘请了8位制茶师傅一起去印度。

1851年2月，福琼带着他在中国积攒的全部家当，登上了开往印度加尔各答的蒸汽船。超过17000粒茶种，23000株茶树苗，一个经验丰富的8人团队，还有包含全套制茶工艺的工具和设备。当然，福琼本人也一起前往印度，他的职责是确保茶树和茶种的成活。

几年之后，印度产的阿萨姆茶叶不论从品质上还是数量上都完全辗轧了我国的茶叶。从此，我国在茶叶贸易上的垄断地位不复存在。(25)

后来，只要提起植物学家福琼，几乎都要给他冠以“茶叶大盗”这个名号。其实，如果抛去民族情感的立场，在一百多年后重新审视这件事情，福琼的成功几乎就是一个必然的结果。

首先，沃德箱的发明让活体植物的长途海上运输成为可能。

其次，虽然，无论是东印度公司还是福琼本人，对这件事情的定性都是偷窃，但对于当时的中国来说，却显然没把茶树当回事。福琼一路上虽然惊险不断，却没有人对他运输茶树这件事本身有任何疑问；最重要的是，福琼自己就是一名植物学家，他的专业能力保障了这件事的顺利进行。茶树被引种国外的事情并不是孤例，几乎同时，我国的猕猴桃树、杏树、杜鹃花等植物也通过类似的方式传到了西方。

茶叶的故事并没有因为福琼的成功而结束。相反，更多的公司加入了茶叶贸易的角逐。美国发明的茶叶快船用短短100天的时间，就能从广州开到纽约。茶叶快船至今保持着最快远洋帆船的航行纪录。东印度公司的茶叶垄断被打破，谁的船最快，谁就能把茶叶卖出更好的价格。

两种亲缘关系很远的植物，因为一种神奇的化合物——咖啡因而成为这个故事的两位主角。咖啡与茶的故事，时至今日依旧在持续着。现代人喝着各种各样的花式咖啡、奶茶和可乐，继续满足着人类对咖啡因的欲望。

不过，提起成瘾与欲望，下一小节中我要提到的植物，才是鼻祖。

第五节　罂粟，人类与毒品的故事

1897年秋天的一个深夜，德国西部城市埃尔博费尔德正在星空下沉睡。在城市近郊的拜耳公司实验室里，化学家霍夫曼正在聚精会神地做着实验。连他自己都不记得，这是第多少个不眠之夜了。不过今晚与往常不同，霍夫曼的实验已经进入关键阶段，成败在此一举。

霍夫曼要合成的物质叫作二胺啡，是一种二乙酰（xiān）吗啡化产生的化合物。根据拜耳公司之前的研究，二胺啡这种化合物具有比吗啡好4倍的镇痛效果，而且能抑制肺结核病人的剧烈咳嗽。最重要的是，在动物实验和少量的人体实验中，研究人员没有观察到吗啡类药物带来的成瘾性。在当时，吗啡成瘾已经成为一个重大的社会问题，如果这种没有成瘾性的药物能够问世，无疑会成为轰动世界的神药。霍夫曼的工作，就是要找到批量生产二胺啡的方法，然后投入规模化的药品生产中。

霍夫曼曾经去医院看望过那些患上了结核病的儿童，他们撕心裂肺的咳嗽声深深地刺痛了霍夫曼的心，这也是他夜以继日工作的重要动力。漫长的等待之后，一些白色的晶体在烧杯的底部呈现出来。霍夫曼兴奋地挥动手臂，虽然还需要进行后续的重复实验，但他确定，自己已经成功了。

这款新药没有辜负拜耳公司的期望，那些患有结核病的儿童，在服药之后，几乎立即就止住了咳嗽。在巨大的商业利益的驱动下，拜耳公司省去了漫长的临床试验，匆忙地将这款神药量产，并推向市场。他们相信，这款药的推出就是一个英雄般的壮举，于是就用德语中的“英雄”这个词给新药命了名。这个单词的中文翻译你应该非常熟悉，它就是“海洛因”。

由于没有拿到海洛因的专利，拜耳公司必须加快速度抢占市场。他们先是印刷设计了很多漂亮的海报。其中一幅海报上，一位年轻漂亮的妈妈正在耐心地给女儿喂食海洛因。海报上的宣传语是：咳嗽消失了。另外一个营销策略是雇用大量的营销人员，在全世界范围内给医生发放免费试用的样品。

凭借着近乎神奇的疗效，海洛因得到了全世界医生的普遍认可，没有人怀疑，这就是当前最好用的止咳药。拜耳公司很快发现，只把海洛因用于止咳领域，这实在是太大材小用了。海洛因在所有与镇痛和神经抑制相关的治疗领域都表现良好。当时的医生甚至开始大开脑洞，展开了一场创造性应用海洛因的医疗竞赛。任何一种难以治疗的疾病，医生都会去试试海洛因会不会奏效。有的医生用海洛因来治疗哮喘；有的医生用海洛因治疗癌症；精神病院的医生开始给精神病患者使用海洛因，还留下了好几个治愈的病例。

1902年，海洛因带来的利润已经达到了全行业利润的5%，一场全民疯狂终于达到了顶峰。不过，毒品毕竟是毒品，随着使用人数和案例的激增，海洛因的成瘾性终于暴露了出来。此时，日益泛滥的海洛因所造成的社会危害，已经远远超过了它的药用价值。

鸦片、吗啡、海洛因，这些对人类社会造成过重大伤害的顶级毒品，全部产自同一种植物——罂粟。前面我们讲到过，为了自身的生存，植物或多或少地会合成一些有毒物质，用于自保。但是，合成一种可以成瘾的物质，这是一种什么操作呢？如果动物们吃罂粟吃上了瘾，到底会给它们带来什么生存优势呢？

要想弄明白这个问题，咱们就必须先弄清楚一个概念，这就是生物碱。科学家根据化学性质的不同，将植物体内的有毒物质划分成了七大类，其中种类最多并且最致命的有毒物质，就是生物碱。

生物碱并不是某一类特定的物质，它是一大类含氮有机化合物的总称。而且，生物碱虽然名字里带着一个“碱”字，可并不都是碱性物质，它们当中也有一些是中性物质，甚至还有一些生物碱是酸性物质。

人类现在已经发现的生物碱，种类已经超过了1万种(26)。在高等植物中，至少有五分之一的植物都含有生物碱(27)。这其中既包括常见的各种植物毒素，也包括我们刚刚提到的可以让人类成瘾的各类毒品。

在用大鼠做的口服毒性试验中，如果不考虑成瘾性带来的额外危害，吗啡的毒性只相当于咖啡因的60%，还不到烟碱毒性的十分之一。所以，从有效驱赶害虫，以及避免果实成熟之前被动物偷吃这些功能上看，罂粟的毒性不仅不比其他有毒物质更强，而且似乎有点儿太温和了。

难道是这些毒素的成瘾性帮助了罂粟的生存吗？我们来看看除了人类以外的其他动物，是如何面对这些毒品的吧。

在东南亚的一些罂粟种植区附近，一些水牛在收获季节到来之前，会表现得焦躁不安。等到罂粟的果实彻底成熟，它们就会闯进罂粟田里大嚼一番。由于水牛体形巨大，而未经提纯的罂粟果实中的吗啡含量较低，所以，这些水牛在表现出一些不安和抽搐的症状后，就基本上恢复了正常。

但是，澳大利亚罂粟种植区附近的袋鼠就没有这么幸运了。澳大利亚的塔斯马尼亚州，有着大片大片的罂粟花田。全世界合法种植的药用鸦片中，差不多有一半是产自这里的。从20世纪80年代开始，这里的袋鼠就学会了吸毒，而且有愈演愈烈的势头。

塔斯马尼亚州的司法部部长劳拉·吉丁曾经非常形象地描述过这些吸毒的袋鼠：“这些袋鼠跳进罂粟花田里大快朵颐，它们边吃边兴奋地跳跃。罂粟有一米多高，但是袋鼠们跳得更高，它们就像是飞在花田上空的风筝。它们转着圈儿跳，边跳边吃，直到最后一头栽倒在花田里。”袋鼠们会一次又一次地返回罂粟花田觅食，给农业生产造成了重大的破坏。

很显然，这些以罂粟为食的动物，它们完全就是在搞破坏。它们的成瘾行为，没有给罂粟的繁衍提供任何帮助。那么，这些动物又为什么会成瘾呢？

我们的身体里天生就能分泌一种带有镇痛功能的物质，名叫内啡肽。内啡肽的化学结构与吗啡很相似。当内啡肽与我们体内的吗啡受体结合时，就会产生镇痛的效果。我们的关节摩擦、内脏的振动都会产生痛觉，而内啡肽的存在，让我们在正常运动的时候不会受到疼痛的困扰。在我们受伤的时候，内啡肽也会帮助人体完成止疼的工作，避免我们被疼痛击倒。

袋鼠对鸦片罂粟的果实上瘾

但是，内啡肽也不是越多越好，如果分泌太多，就会干扰身体的正常机能。所以，我们的大脑就演化出一种保护机制，当体内的内啡肽过多时，我们的身体就会抑制内啡肽的分泌。吸食毒品的结果，就会对体内的内啡肽分泌形成抑制作用。久而久之，人体分泌内啡肽的能力就会降低，严重的甚至会停止分泌内啡肽。这时候，如果强行戒断毒品，就会因为缺少内啡肽而浑身疼痛难忍，生理机能也会发生紊乱。

其他哺乳动物体内的内啡肽产生机制与人类相似，所以，它们的毒品成瘾行为与人类也是相似的。

但是，特别有意思的是，科学家发现，昆虫似乎也会对吗啡这类物质产生上瘾的反应(28)。美国斯克兰顿大学的神经学家马克·赛德设计了一个针对蚂蚁的有趣实验。首先，他把接受测试的蚂蚁分成两组。其中一组蚂蚁喂食糖水，而另一组蚂蚁则喂食混合了吗啡的糖水。喂食了几天之后，马克开始逐渐降低糖水的浓度，并且观察蚂蚁的反应。等到最后，喂给蚂蚁的糖水里已经不含蔗糖了。确切地说，第一组蚂蚁只能得到一碗纯水，而第二组蚂蚁喝的则是添加了吗啡的水。马克观察到，第一组蚂蚁对纯水完全失去了兴趣，而第二组的所有蚂蚁，全部都在津津有味地吸食吗啡。

为了进一步证明吗啡真的对蚂蚁有吸引力，马克又在实验中增加了一个环节。他把两个装着糖水的碗放在两组蚂蚁面前。第一组蚂蚁当然毫不犹豫地放弃纯水，选择了糖水。而吗啡组的蚂蚁，竟然有60%选择留在放了吗啡的纯水旁边继续吸食。对于这些蚂蚁来说，毒品的吸引力超过了糖水。

为了定量研究这些蚂蚁的变化，马克的小组检测和比较了蚂蚁大脑中的化学物质。研究发现，吸毒的蚂蚁大脑中含有远超过对照组的多巴胺。不过，这项研究只能证明，比起糖水，蚂蚁会更爱毒品，但蚂蚁到底有没有形成依赖性和成瘾性，还需要更多的后续研究。

现在看来，合成具有成瘾性的物质，对于罂粟来说，确实没有什么实际意义。那么，到底是什么鼓励了罂粟，让罂粟努力生产毒品的呢？

聪明的你可能已经猜到了问题的答案。其实，罂粟确确实实在生产毒品这件事上获得了巨大的生存优势。与它们合作的不是动物也不是昆虫，而是人类。

按照如今人类对于毒品的划分，毒品分为抑制型、兴奋型和致幻型三种。抑制型可以抑制中枢神经系统，让人变得放松；兴奋型能刺激中枢神经系统，使人产生兴奋；致幻型则让人产生幻觉，导致精神的抽离。在远古社会中，人类迷恋上毒品的最自然的原因，就是毒品的致幻作用。

当食草动物将含有致幻作用的植物吃到嘴里之后，很快就会产生神经麻痹的反应。有些动物会走路摇摇晃晃，有些动物则会呕吐。那些失去行动能力的食草动物，会更容易被天敌捕食。而产生呕吐反应的动物，则会牢牢记住这些植物的毒性，从而远离这些植物。所以，对于动物来说，致幻作用显然并不是什么好事。

然而，会讲故事的人类似乎并不这么想。只要翻阅一下资料就会发现，所有具有致幻作用的植物，都有着极其悠久的种植历史。这些植物的最初用途，无一例外地，都是被用于祭祀活动。

考古学家在公元前4000多年的瑞士苏黎世湖上桩屋遗址中，找到了罂粟的种子和果实的遗迹。经过鉴定，这些罂粟已经属于人工选育的品种了。到公元前3400年，两河流域的人们已经开始大面积地种植罂粟了。罂粟果的致幻作用，让这些植物成为宗教祭祀中必不可少的物品。

人类会在安全的地方吃下具有致幻作用的有毒植物，然后静静地享受致幻类毒素带给人的独特快感。古人类学家认为，这些致幻剂曾对原始社会的塑造和形成产生过重大影响。致幻剂帮助原始人更有效地组织起来。说句更直白的话就是，致幻剂启发了人类，让人类相信了神明的存在。

到底是会讲故事的人类成就了罂粟，还是罂粟的致幻作用成就了会讲故事的人类，现在我们还不得而知。但是我们确切知道的是，现存的可以提取出吗啡的罂粟只有一种——鸦片罂粟。而鸦片罂粟是一种地地道道的农作物，是人类花了数千年时间选育和培养出来的物种。

除了鸦片罂粟以外，在罂粟属的植物中，还有170多个其他品种。在这些品种中，能够在野外找到的野生品种，就有超过100种之多。所有的野生罂粟中，都或多或少地含有吗啡。但是，不管是哪一种野生罂粟，它们体内的吗啡含量都是极低的。科学家从来没有观察到，有哪些野生动物因为吃了野生罂粟而产生了上瘾反应。

前面我们提到过的那些吸毒上瘾的水牛和袋鼠，它们吃的都不是野生罂粟，而是人类种植的鸦片罂粟。鸦片罂粟与其他罂粟属植物最重要的区别，就在于鸦片罂粟在成熟后，会形成一个圆球形的膨大果实，这种结构在植物学上叫作蒴果。如果用刀划开蒴果，里面就会渗出白色的乳汁，这些乳汁就是制造鸦片的原料。

在中国，种植最为广泛的罂粟属植物，莫过于虞美人了。虞美人也是最常被老百姓误认为是鸦片罂粟的植物。虞美人中也含有微量的吗啡，所以，在古代，虞美人也曾有被当作止咳和镇痛药物来使用的历史。但虞美人中的吗啡含量，远远不至于让人或者任何动物上瘾。

我国还有一种漂亮的观赏植物，名叫牡丹罂粟。这种罂粟是鸦片罂粟的园艺亚种。只不过，我们对牡丹罂粟的选育方向是赏花，而不是提高它们体内的吗啡含量。所以，牡丹罂粟体内的吗啡含量也相当低，低到既不会上瘾，也不值得去提取的程度。

牡丹罂粟现在已经细分出几十个园艺品种，它们的花朵硕大艳丽，色彩多变，每一种都相当漂亮。由于经历了多年的选育，牡丹罂粟的花朵看起来已经一点儿也不像罂粟花了。但是，等到牡丹罂粟花谢之后，它们还是会结出膨大的蒴果，这个果实看起来跟真正的鸦片罂粟一模一样。我国的很多地方，警方都接到过有人非法种植罂粟的举报，等到具体核实之后，才发现只是观赏用的牡丹罂粟而已。

说到这里，真相就渐渐浮出水面了。早期的人类在大量食用某种罂粟的种子时，发现了罂粟的致幻作用。虽然当时罂粟的吗啡含量很低，但是，质不够可以用量来凑嘛，多吃一些总是会有效的。于是，这种具有致幻作用的植物就被人类加入了农作物的大名单。

关于农业种植的起源问题，现在有一种“奢侈品假说”很有意思。考古学家发现，由于古人类社会的人口总数较少，所以他们即便定居下来，周围可供采集狩猎的资源也并不会枯竭。这就是说，古人类很可能并不是因为食物短缺的压力，才被迫进入农耕社会的。

事实上，现在很多处于热带的非洲国家，比如刚果、乌干达这些国家，虽然国家并不富裕，但食物从来就没有短缺过。这样的地区，确实没有大量种植粮食作物的实际需求。考古学家认为，古人类很可能是从种植罂粟这类没有实际用处但是却对文明发展很重要的毒品植物中逐渐启动了农耕文明的。

在数千年的培养过程中，罂粟的毒性也在随着人类不断膨胀的需求而逐渐加强。从鸦片到吗啡，从吗啡再到海洛因，毒品的每一次蜕变，都带来了更加难以抗拒的成瘾性。

海洛因作为一款止咳神药，之所以一开始没有呈现严重的成瘾现象，只是因为海洛因在止咳糖浆中的浓度较低而已。没过多久，长期使用海洛因的患者就开始表现出严重的成瘾性。科学家研究发现，海洛因在到达肝脏后，还是会代谢成吗啡，而这个代谢过程，导致了更强的成瘾性。

把恶魔放出来容易，关起来却很难。1924年，美国终于立法禁止了海洛因的制造和销售，这距离海洛因全球热销，已经过去了整整22年。此时，美国以外的制药公司，仍然在加班加点地生产含有海洛因的药物，以图在海洛因被全面禁止之前再赚一笔。又过了七年，也就是1931年，国际禁毒协议才正式将海洛因列入毒品名单。拜耳等制药公司这才停止了海洛因的生产。

生活在今天的我们很难想象，在不到100年前，海洛因还是一种畅销全球的神药，无须处方就能买到。想想看，在神药的背后，有多少痛不欲生的成瘾者和因吸食毒品垮掉的身体。

曾经有位社会学家讽刺地说，如果没有法律的限制，人类肯定会把现在种着小麦和玉米的地方，全部都种满罂粟。但是，我想说的是，法律的限制，本质上也是人类在毒品问题上的反思和觉醒。

数千年前，我们的祖先曾经因为讲述关于神灵的故事，与罂粟达成了合作。我们相互驯化，一路走到今天。数千年后的我们，因为讲述关于人类未来的故事，而戒断了毒品。在禁毒这件事上，全人类共同表现出的坚决与英勇，真的值得我们自豪和称颂。

即便是人类中途幡然悔悟，药用罂粟依然拥有着巨大的种植面积。越来越多的植物将会发现，与人类合作是让家族兴旺的不二法门。

第六节　巧克力，为人类贡献苦涩

1879年12月24日，瑞士小城伯尔尼的上空飘着小雪，将街道和房屋涂上了一抹淡淡的白色。圣诞树是路旁商店的标准配置，挂满树梢的金箔和彩色玻璃反射着浓浓的圣诞气息，街上每个人的脸上都洋溢着幸福的笑容。如同中国的春节一样，圣诞节也是属于家人的节日，他们已经迫不及待地想要回到家中，与家人一起享用圣诞大餐了。

然而，在伯尔尼的郊区，靠近阿勒河（Aare）河边的一个小作坊还没有下班。虽然几个伙计早就已经心不在焉，但年轻的老板鲁道夫·林特（Rodolphe Lindt）却守在一个搅拌机旁边，表情格外专注。搅拌机里面装着一些黏稠的黑色液体，看起来就像是一大锅煮沸的沥青。一个伙计拿着一大包糖，站在搅拌机边上等着老板的指示。

林特点点头，说道：“放吧，把这些糖都放进去。”

随着搅拌，白糖很快就溶解在黑色的液体当中。他从搅拌机里舀了一勺黑色的液体放在碗里，然后用手指蘸了一点儿放进嘴里。瞬间，一股苦涩的味道立即在嘴里弥漫开来，紧接着就是那种糟糕的酸味。

他把碗递给身边的伙计，示意他们也尝一尝。伙计们交头接耳，谁也不愿意品尝碗里的黑色液体。两个伙计早就躲得远远的，还露出了一种吃瓜群众特有的奇怪笑容。

气氛一时间变得有点儿尴尬。林特摇摇头，随后马上陪着大家一起笑起来。他关掉煤气灯，冲着伙计们大声说道：“既然如此，那就放假吧……祝大家圣诞快乐！”

三天的圣诞假期转眼就过去了。星期一，林特一大早就来到了自己的小作坊。还没开门，他就觉得有点儿不对劲儿。因为隔着大门，他就闻到了一股浓郁的香味。

这股香味，我估计每一个现代人闻到都能立即说出它的名字，它就是巧克力。林特赶紧开门进去，原来是放假之前忘记关闭水力搅拌机了。三天时间不停地搅拌，让搅拌机里的巧克力浆变得稀了很多。原来黏稠的黑色液体，现在变得像水一样容易流动。

看来这满满一大锅的巧克力原料是不能用了。不过林特并不想浪费这些原料，他犹豫了一下，最后还是把这些巧克力浆倒入了模具当中。出乎意料的是，模具中的巧克力浆竟然没过多久就凝固了。林特拿了一小块放进嘴里，此时神奇的事情发生了：原本又酸又苦的巧克力竟然变得香醇可口，粗糙的口感也变得细腻丝滑。林特非常兴奋，他万万没想到，改善巧克力口感的难题，竟然就这样被持续三天的搅拌给解决了。(29)

直到今天，长时间的搅拌仍然是巧克力生产过程中最重要的一道工艺，就是这道工艺，造就了现代巧克力独特的口感和芳香。林特就是第一个品尝到现代巧克力味道的人。

不过，这个充满了机缘巧合的故事，只是巧克力历史中很小的一个瞬间而已。巧克力从一种生长在南美洲热带地区的奇异植物，到成为情人节最受欢迎的礼物，经历了数千年的历史和五次重大机遇。这个故事，还要从人类首次驯化可可树开始讲起。

一般认为，巧克力的主要原料——可可树，是从中美洲的墨西哥、危地马拉和洪都拉斯一带开始驯化的。

1502年，50岁的哥伦布第四次率领船队抵达美洲。这一次，哥伦布的儿子斐迪南·哥伦布（Ferdinand Columbus）也加入了船队，参加了这次探险。

在他们航行到今天的加勒比海瓜纳哈岛附近的时候，船队遭遇了一艘专门从事贸易活动的独木舟。殖民者的本性让小哥伦布立即截停了这艘独木舟，并仔细搜查了上面的货物。在船上，他们发现了大量的谷物、酒类，还有各种服装和武器。

比较奇怪的是一些看似杏仁一样的种子，这些种子数量不多，却装在精美的袋子里单独放置。小哥伦布实在没想明白这些种子有什么抢劫的价值，于是干脆就把这些种子顺手扔进了大海。没想到的是，这一举动却让独木舟上的土著人大惊失色，他们纷纷跳入水中，去打捞这些杏仁形状的种子。

这些种子正是制造巧克力的原料——可可豆。当时的殖民者绝对想不到，欧洲人与可可豆的第一次邂逅，竟然是从船队大肆劫掠一条独木舟这么不光彩的事件开始的。这件事也被详细记录到了哥伦布的航海日记中(30)。

由于欧洲殖民者的破坏，现在能够找到的美洲人种植和培育可可树的记录，只能追溯到哥伦布到达美洲前的一个多世纪。但是，后来的考古学证据表明，在2600多年前的古代墓葬中，找到了大量可可豆的外壳，这就把人类驯化和利用可可豆的时间推到了公元前。

2008年，美国农业部的植物学家胡安·莫塔马约尔为了明确可可树栽培品种之间的亲缘关系，带领团队对采集自全世界各个地区的1241份可可树基因样本(31)，进行了一次比较彻底的分析。这项研究发现，2600年前并不是驯化可可树的起点，来自秘鲁和厄瓜多尔的几个基因簇的起源，可以一直推到5000多年前。

可可树有超过5000年的驯化史，这已经是一个毫无争议的研究结论。但是，在人口数量少、自然资源丰富的5000年前，想要人类去种植一种植物，是需要足够的动力的。况且，与玉米、红薯这类农作物不同，可可树是一种多年生的乔木，种下种子之后，经过4～5年它们才能开花结果，这就让可可树的驯化越发难以理解。

一般的花朵都在新枝上长出花芽，等结出果实后，就会缀满枝头。但是可可树完全不是这样，它们的花朵会开在老枝或者树干上。这是热带植物中特有的一种奇怪现象，叫作老茎生花。

除了可可树，更常见的波罗蜜、无花果还有嘉宝果——也就是树葡萄，这些果实都是长在树干上的。如果你没见过树葡萄长什么样子，我强烈建议你现在就把“树葡萄”当作关键词，搜索一下它的图片。不过我还是要提醒你，如果你有密集恐惧症，搜索图片之前一定要做好心理准备才行。

那么，为什么这些植物会演化出老茎生花的奇特现象呢？最主要还是与热带雨林特殊的环境有关。热带雨林就像是浅海中的珊瑚礁，也是地球上生物种类和数量最多的区域之一。不同种类的植物处于不同的生态位，形成了不同高度的冠层。

处于中下层的灌木和小乔木，无法和上层高大的乔木争夺阳光，因此，假如在枝头开花，就很可能吸引不到给自己授粉的动物。为了繁衍后代，这些不同种类的植物经过数百万年的适应，趋同演化出了老茎生花的本领。它们将花朵开在老枝和树干上，借此吸引雨林中的底层动物帮助自己授粉和传播种子，形成了热带雨林独有的奇观。(32)

可可树对于环境的要求非常高，它只分布在靠近赤道20°左右的雨林环境中。它们没有固定的花期，一年四季都在开花结果。如果一个月的降水量少于150毫米，它们就会减少开花，甚至无法开花。如果某个月的平均温度达不到16℃，就会影响花朵的授粉。所以，即便是在原生地，也只有亚马孙盆地的西北部、安第斯山脉的东侧比较适合可可树的生存。

最初欧洲殖民者向亚洲移植可可树的时候，总是会发现一个问题：移栽成活的可可树也能正常开花，但等到花期过后，几百朵花当中也就只有十几朵花真正结出了果实。一开始，人们通过直觉猜测，肯定是某种自然环境让可可树出了问题。但是，人们反复尝试之后发现，即便种植环境已经与原生地非常接近，也依然没有解决结果率低的问题。

可可树只开花不结果的秘密，一直要到20世纪初才被一位美国昆虫学家解开。原来，可可树作为一种比较娇气的外来树种，总是会被过度仔细地照料。果农们会把果园收拾得干干净净，落叶、腐烂的果实以及杂草都会被清理干净。这还不算，果园里一般都有专门用来排出积水的排水沟，这让雨后的果园几乎无法形成可以积水的洼地。这些管理措施看似又规范又正确，但却恰好破坏了与可可树共生的重要昆虫——摇蚊的生态环境。有些果园为了避免蚊虫的滋扰，还会故意喷洒杀虫剂来杀灭蚊虫，这就让摇蚊彻底失去了生存的空间。

摇蚊虽然名字里带个“蚊”字，长相也酷似蚊子，但它却不是蚊子。我们熟悉的能够吸血的蚊子，都是蚊科的昆虫，而摇蚊则隶属于摇蚊科，它们不仅不吸血，还在生态环境中占据着非常重要的地位。

摇蚊是一种比蚊子更加古老的昆虫，雌性的摇蚊不需要受精就能产下可以孵化的卵，而孵出来的幼虫一旦羽化，绝大多数也是能够孤雌生殖的雌蚊。摇蚊的幼虫又叫红虫，它们数量极大，在某些湖泊中，摇蚊幼虫的生物总量甚至可以占到水体中无脊椎动物的一半。如果使用农药大规模灭掉摇蚊，不仅会导致很多植物无法授粉(33)，还可能导致水中的生态失衡，造成严重的生态灾难。

可可树无法生长在月平均气温不到16℃的地方，很重要的一个原因就是，这个温度正好是摇蚊可以正常活动的最低温度。如果摇蚊都不能活动了，那可可树当然也就无法开花授粉了。

与摇蚊的合作，只解决了可可树的授粉问题，它们的果实传播问题，还需要更多动物的参与才行。可可果的样子，就像是一个两头尖、中间粗的梭子，它的内部结构就像是一个豆荚，可可豆就藏在豆荚的里面。可可豆的外面，包裹着一层乳白色的酸甜可口的果肉。它的样子和味道，都与山竹的果肉比较相似，很符合小型哺乳动物的口味。

在亚马孙雨林中，很多鸟类、猴子和松鼠都知道如何在可可果的外壳上开一个洞，然后把美味的果肉掏出来。可可豆中富含咖啡因和可可碱，这两种物质对于小型哺乳动物来说是致命的。所以，小动物们一定会小心地吃掉可口的果肉，避免伤害到里面的可可豆。可可树也正是借着这个机会，实现了种子的传播。

人类最初与那些小动物一样，也是被可可果的果肉吸引的。但是，可可果能提供的少量果肉，不仅不值得人类大费周章地种植它们，甚至可能都不是采集活动的重要目标。

咱们在前面曾经提到过一个“奢侈品假说”，就是考古学家发现，在人口总数较少的人类社会，采集狩猎活动往往能够很好地满足人类的食物需求。特别是生活在热带地区的人类，更是不会缺少食物。所以，在这个大前提下，能吃和好吃往往就不能成为人类种植植物的重要动力。反之，那些含有某种致幻物质，能用于祭祀活动的植物，比如罂粟和乌羽玉，反而更早地被人工种植。

所以，就有考古学家认为，可可果的果肉无论怎么好吃，都不足以驱动早期人类去种植它们。反而，含糖量较高的可可果果肉，有可能成为酿酒的好材料。而酒精饮料符合“奢侈品”的定义，有可能成为人类大量种植可可树的原因。

酿酒，是可可树与人类的第一次牵手，这也是可可树遇到的第一次发展机遇。

有些考古学家认可酿酒这个需求，但他们认为，酿酒需要大量采集可可果，导致大量去掉果肉的可可豆被丢弃在村庄周围，这才是早期人工种植可可树的真正原因。(34)

不管真相如何，人类的行为终于改变了可可树的命运，可可树也成为人类最早驯化的果树之一。大约在2600年前，玛雅人已经把种植可可树发展成一项熟练的农业技能。他们很快就发现，比起酸甜可口的果肉，那些苦涩的可可豆很可能更有价值。

对于小型哺乳动物来说，可可豆中含有的咖啡因属于致命毒素。但在人类的历史中，我们甚至从未意识到咖啡因的毒性。咖啡因的提神作用让人类着迷，所以人们一直都在各种各样的植物中寻找着咖啡因。

可可豆中更具特色的物质是可可碱。除了可可树以外，只有不多的十几种植物体内存在可可碱。可可碱是可可豆中苦味的主要来源，它的作用与咖啡因类似，能让人产生一定的兴奋感。人体对可可碱的代谢率非常高，6～12小时就可以把体内的可可碱完全代谢掉，所以比起其他生物碱，这种物质对人体更加安全。但对于猫和狗来说，大约要72小时才能完全代谢掉体内的可可碱。因此，只要一小块黑巧克力，就足以让这些小动物中毒乃至丧命了，这也是猫、狗不能吃巧克力的原因所在。(35)

不过，可可豆中最重要的物质，可能并不是咖啡因，也不是可可碱，而是可可豆中含有的另外一种物质——苯乙胺。苯乙胺有着调控情绪的能力，还能控制多巴胺的释放。人们在吃巧克力的时候，产生的那种“恋爱的感觉”就是可可豆中的苯乙胺在起作用。

人们把可可豆磨成粉末，然后加上辣椒、玉米、花生酱、香草和各种香料，把可可豆做成一种辛辣的饮品。用现代人的眼光来看，巧克力酱加辣椒显然是一种不折不扣的黑暗料理，但在当时，这可是只有贵族和祭司才有权饮用的高级饮料。

化身为黑暗饮料，让可可豆终于登上了历史舞台，这是它遇到的第二次发展机遇。

除了制作饮料，可可豆还有一种更加奇葩的用途——充当货币。可可树作为一种热带植物，它们是四季开花的。也就是说，如果可可树的总量不增加的话，那么在一年四季里，每个月成熟的可可豆数量，都是基本相同的。而且，可可豆的外种皮比较坚硬，能够经得起长时间的保存，再加上贵族消费可可豆的速度也很稳定，这就让可可豆具备了一定的货币属性。

按照欧洲人的记载，一只火鸡的价格是200颗可可豆，而一只野兔的价格则在100～300颗可可豆之间浮动。由于可可豆可以用来交换其他的物品，所以工人的工资也可以用可可豆来支付。根据资料记载，一个搬运工的日工资大约是100个可可豆(36)。这正是哥伦布的航海日记里，土著人跳入海中打捞可可豆的原因所在。

不过，可可豆能当作货币使用的基础，就是可可树的总量不会增加。但是，事实上这样的事情并不会发生，只要种植可可树有利可图，人们自然而然地就会去种植它们。可可豆的产量暴增，就必然会导致严重的通货膨胀。有经济学家就认为，玛雅文明之所以衰落，就与使用了不确定性太高的可可豆作为货币有直接关系(37)。这也解释了为什么只有贵族和祭司能饮用可可豆制作的饮料，因为喝这种饮料不仅是身份和地位的象征，更是真正意义上的“烧钱”。

意外地成为货币，这是可可树遇到的第三次重大机遇。虽然可可豆并没有在繁荣经济上起到什么好的作用，但是植物学家认为，可可豆的货币属性有效地促进了可可树的传播，极大地扩大了可可树的种植范围。

虽然可可豆在南美洲非常值钱，但却没有引起欧洲殖民者的太多关注。原因也很简单，可可豆到了欧洲既不能当钱花，也不能靠怪异的味道征服欧洲人的味蕾。(38)欧洲的饮料市场被咖啡和茶叶牢牢地控制着，可可豆加辣椒这种黑暗料理，欧洲人实在是提不起兴致。

不过，没过多长时间，可可豆的命运就转变了，帮助它实现转变的是制糖业的大发展。喜欢甜食的西班牙人，用蔗糖替换了可可豆饮料中的辣椒和香料，制作出更符合欧洲人口味的可可饮料。可可豆终于再次变得供不应求。

为了提升可可豆的产量，欧洲人将可可树引种到非洲，建立了面积巨大的种植园。大量的非洲奴隶被抓到种植园里，从事着极其繁重的手工劳作。

可可果与其他水果不同，它们生长在老枝和树干上，这就让人无法使用传统的水果采摘技术来摘取可可果。工人们必须爬到树上，再用砍刀使劲把可可果砍下来。

随后，工人们会把从豆荚中取出的可可豆与果肉堆放在一起，在潮湿的环境中进行长时间的发酵。微生物会在果肉中大量地繁殖，与此同时，可可豆内部的物质也会因为微生物的存在发生化学变化，巧克力的香气就是在这个过程中产生的。

直到现在，天然可可豆仍然是在露天的环境下，用这种传统的方式制作而成的。在发酵的过程中，自然免不了会有一些昆虫和动物把可可豆的果肉当作美食，因此美国食品药品监督管理局（FDA）只好对巧克力制定了一个相对宽松的卫生标准：6块100克的巧克力中，检出昆虫碎片的平均数量不能超过60个，单块巧克力不能超过90个；啮齿类动物（其实就是老鼠）的毛发平均不能超过1根，单块巧克力不能超过3根。也就是说，巧克力里面混有少量昆虫尸体或老鼠毛是正常的。(39)

发酵完成之后，可可豆就要进行下一步工艺，也就是干燥。这个过程同样也是露天进行的，工人们会把发酵完成的可可豆放在垫子上或者托盘上进行晾晒，通常会在阳光下放上两个星期。晾干后的可可豆就可以拿去进行烘焙了，这个过程可以让可可豆变得松脆，容易研磨和粉碎，香味也会变得更加浓郁。

可可豆的传统加工工艺，现在已经变成了一种文化。只要有人敢用自动化的机械取代这套工艺，就会被指责影响了可可豆的风味。所以，直到现在，高档可可豆的加工，依然使用着这套古老的手工工艺。

1828年和1846年，荷兰的一对糖果商父子梵·豪登（van Houten）先后发明了“压榨工艺”和“碱处理工艺”。通过加工，可以把可可豆中的油脂提炼出来，这就是可可脂，而剩下的固体成分就是可可粉了。

可可粉可以方便地制造可可饮料。如果适当调整可可粉和可可脂的比例，就能做出风味不同的多种食品。这时候，现代巧克力的概念已经呼之欲出了。大比例的可可粉和少量的可可脂，可以制造出苦味浓郁的黑巧克力；如果一点儿可可粉都不加，只用可可脂来制造，造出来的就是白巧克力；如果在巧克力浆中加入牛奶，就是牛奶巧克力了。(40)

在开头的故事里，鲁道夫·林特在一次意外中发明了处理巧克力浆的长时间搅拌法，大大改善了巧克力的口感，很快就在瑞士火了起来。于是，一大堆巧克力公司纷纷成立，追逐这个全新的市场。英国的吉百利，意大利的费列罗，美国的玛氏和好时，几乎现在知名的所有巧克力公司，都是在这一时期先后成立的。巧克力一跃成为欧洲人最喜欢吃的糖果类型，这也让可可豆再次华丽转身，进入了巧克力时代。

不知道是否与林特的贡献有关，瑞士人似乎对巧克力格外着迷。在20世纪这100年里，全世界三分之一的巧克力都产自瑞士(41)。瑞士的雀巢、瑞士莲、三角等品牌，也是全世界最流行的巧克力品牌。著名的酒心巧克力、牛奶巧克力和巧克力威化饼，同样也是瑞士人的发明。

从可可树的果实到巧克力制品，每一个环节都是可可树在人类的需求下重塑自我的过程。这其实也是所有植物必须面对的现实：人类已经和自然环境一样，成为植物的最强合作者，也是影响植物命运的最重要的因素。

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(41)　联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）数据，http://www.fao.org/faostat/zh/#data/TP

第五章　植物与人类，到底谁征服了谁

第一节　小麦，真的驯化了人类？

1万年前的某一天清晨，一群皮肤黝黑的土著人聚集在距离河边不远处的一块空地上。部落的首领是一位老人，他的脸上和身上都用颜料画着与众不同的花纹。

老人手持一根长长的木棒，在河滩上找了一个位置，把木棒插在地上。老人举起双手，浅声吟唱了几句，既像咒语，又像歌谣。听到老人的吟唱，身材壮硕的男人们便手持长矛，分列在以木棒为圆心的河滩上，围成了一个巨大的圆圈。

女人们紧接着进入圆圈，弯下腰，开始清理空地上的野草。等到野草被清理得差不多了，女人们就停下来，退到圈外。老人高举双手，开始吟唱另外一段不同的咒语。听到咒语，所有的男人都把长矛插在地上，进入圆圈。他们把河滩上的石头搬起来，堆放到圆圈正中心的木棒下面。不一会儿，圆圈里的石头就被清理干净，木棒的下面堆起了一座圆锥形的石头小山，牢牢固定住木棒，让它不会倒下。

一个年长的女人双手捧着一个硕大的野牛头骨，来到老人身边。老人又开始吟唱起别人听不懂的咒语，一边吟唱一边把手伸进野牛的头骨当中，抓出里面的东西，抛撒到空中。老人绕着中心的木棒，一边走一边重复着这个动作。他越走就距离木棒越远，直到走到了最外圈的长矛旁边。他每走近一支长矛，旁边的男人就会把长矛从地上拔起。老人则会用手指在男人的额头上碰一下，表示自己的祝福。

整个仪式一直持续到中午才结束。几天之后，一场小雨降临了这片土地，一株株嫩绿的新芽从土壤里钻了出来。

如果不告诉你答案，你可能很难猜到，刚才故事里的这群原始人到底在从事什么活动。你可能会以为，他们在进行某种神秘的仪式。但其实，他们只是在播种小麦而已。通过对两河流域古人类遗址的还原，学者们认为，在1万年前，生活在那里的人类就已经开始尝试小规模的农业种植了。

当时的狩猎采集仍然是获取食物的主要形式，农业种植只是一种辅助性的补充。部落中的男性成员平常是猎人，只有到了种植季节，才放下长矛，充当一下农民的角色。当时的种植活动，不太像是农耕，更像是某种祭祀活动。

2014年，以色列历史学家尤瓦尔·赫拉利写了一本《人类简史》，很快就被翻译成60多种语言，在全世界都很流行。在这本书里，赫拉利就提出了一个非常有趣的观点—— “人类以为自己驯化了植物，但其实是植物驯化了人类”。为了支撑他的观点，赫拉利是这么写的：“我们用小麦的观点来看看农业革命这件事……小麦的秘诀就在于操纵智人、为其所用。智人这种猿类，原本靠着狩猎和采集过着颇为舒适的生活，直到大约1万年前，才开始投入越来越多的精力来培育小麦……第一，小麦不喜欢大小石头，所以智人得把田地里的石头捡干净搬出去，搞得腰酸背痛……第二，小麦不喜欢与其他植物分享空间、水和养分，所以我们看到男男女女在烈日下整天除草……第三，小麦会得病，所以智人得帮忙驱虫防病。第四，不论是蝗虫还是兔子，都不排斥饱尝一顿小麦大餐，但小麦完全无力抵抗，所以农民又不得不守卫保护。最后，小麦会渴，所以人类得从涌泉或溪流大老远把水引来，为它止渴；小麦也会饿，所以智人甚至得收集动物粪便，用来滋养小麦生长的土地。”(1)

人类和小麦

在赫拉利提出这个观点之前，我们从来都是说，人类把小麦给驯化成高产的农作物，没有人认真考虑过，是不是人类在驯化小麦的同时，也在被小麦所驯化。所以，当赫拉利提出这个观点之后，一下子获得了强烈的反响。他给我们提供了一个新的视角，来看待驯化与被驯化的关系。

赫拉利虽然是一名历史学家，但他的书在很多非历史学的圈子里也引起了大量的争论。有人认为他的书里充斥着令人兴奋的观点，却缺少切实的信源。也有人认为赫拉利的这本书是身为智人的我们进行自我反思的重要读物。针对赫拉利小麦驯化了人类的观点，更多学者认为，这只不过是一位历史学家对人类发展的创造性反思，根本不需要去认真对待。

真是这样吗？从演化的角度来看，到底是人类驯化了小麦，还是小麦驯化了人类，绝不仅仅是说法上的不同。两者之间有着巨大的差异。

我们拿人类驯化狗的过程当作例子，就很容易发现两者的区别。最初的时候，一部分灰狼发现了人类丢弃的垃圾中还有它们可以利用的食物，就过来捡食。而人类也因为灰狼能起到站岗放哨的作用，就没有驱赶灰狼。这一阶段，人与狼仍然是自然的共生关系。

随后，一些胆子较大的灰狼开始尝试接触人类，而人类也给这些亲近人类的灰狼更多的食物。在这个阶段，这些灰狼与人类的关系，很像现在的流浪狗与人的关系。它们基本不会攻击人类，而人类偶尔会拿出一些食物来喂养它们。

再后来，一些小狼出生在人类的营地里。它们之中富有攻击性的个体会被人类杀掉，而更加温驯的个体则会被保留下来。这些温驯的小狼，就是第一代的狗。

从人与狗的关系就可以看出来，驯化与被驯化的关系是不能对调的。在灰狼逐渐演变成狗的过程中，人类充当了重要的环境因素。如果灰狼在试图接近人类丢弃的垃圾时，人类的反应不是利用它们站岗放哨，而是挖陷阱猎杀它们，最终两个物种之间的关系就会截然不同。狗对人类社会的影响，必然比小麦更加深远，但绝对不会有人认同类似狗驯化了人类这种说法的。

那么，在与人类的关系中，小麦有可能是环境的主导者吗？我们不妨从小麦诞生的时候开始说起。

小麦在诞生以前，归属于一个名叫山羊草的属。山羊草广泛分布在世界各地，只要你去过郊外，就一定见过其中的一种或者几种。

山羊草属的植物，是典型的自花授粉。自花授粉植物的一大特点就是，雄蕊与雌蕊离得很近，雄蕊上的花粉很容易就能掉到雌蕊的柱头上。由于授粉的过程不需要昆虫参与，它们花朵的花期也逐渐变得非常短。很多时候，它们花朵开放的时间只有短短的几十分钟而已。自花授粉这个特点，会阻断不同植株之间的基因交流通道。也就是说，如果一株山羊草发生了一个变异，那么这个基因变异并不会扩散到整个种群当中去，它会随着自花授粉默默地传给自己的后代。

我们知道，异花授粉能帮助不同的植株之间完成基因的交流，这是支撑物种多样化的重要武器。但是山羊草却失去了一项重要的能力。山羊草就好像是一个孤单的创业者，他们不能与其他公司协作，也不能采购供应商的产品。所有的一切，他们都必须靠自己的双手做出来。这就是自身的变异。

科学家通过对现代小麦进行基因溯源，大概了解了第一株小麦从山羊草中脱颖而出的情况。大约250万年前，一株山羊草通过不断地积累自身的变异，终于从山羊草属当中分离了出来。它们拥有大而且饱满的籽粒和长长的麦芒，已经有现代小麦的样子了。这个250万年前诞生的第一个小麦品种，我们可以称为原始小麦(2)。

与山羊草一样，小麦依然没有改变自花授粉的特性。它们必须慢慢地积累基因变异，才有可能产生出新品种来。就这样，原始小麦足足花费了150万年的时间，才再次分化成两个独立的种，这就是一粒小麦（T. monococcum）和乌拉尔图小麦（T. urartu）。现在，这两种小麦的野生植株都还存在，它们甚至与150万年前的样子相差不大。一粒小麦的样子非常经典，它的样子就跟你在国徽上看到的麦穗图案差不多。乌拉尔图小麦的麦穗较短，每个小穗上结一粒麦子，但却长着两根长长的麦芒。乌拉尔图小麦虽然产量很低，但因为超长的麦芒具有很好的装饰效果，现在常常会被当作鲜花来种植。

时间又过去了50万年，一个小概率事件发生了。一株乌拉尔图小麦幸运地与一株拟山羊草（Aegilops speltoides）发生了杂交。之所以说它是小概率事件，是因为经过了200万年的独立演化，乌拉尔图小麦与拟山羊草已经算是远亲了，它们之间存在着一定程度的生殖隔离。而且，拟山羊草的花期要略晚于乌拉尔图小麦，如果花期都碰不上，那就更别提发生杂交了。

所以，当时的情况可能是这样的，一株发生变异提早开花的拟山羊草，在很巧合的情况下，拟山羊草的花粉被风吹到了乌拉尔图小麦的柱头上，发生了一次跨属杂交。但是，授粉之后问题就来了。乌拉尔图小麦与拟山羊草的基因差异太大，导致它们的染色体没办法配上对。这种事情如果发生在动物身上，那就没办法成功受精，这就是生殖隔离。但是，在孤独中奋战了200万年的小麦并没有放弃这个获得外部基因的机会。它在极低的成功概率下，完成了一次堪称绝妙的神操作。

为了便于讲解，我们假设乌拉尔图小麦提供的染色体分别是1、2、3，而拟山羊草提供的染色体是1、2、4，乌拉尔图小麦提供的染色体3与拟山羊草提供的染色体4差别太大，无法形成配对。配对不成功，受精卵细胞就没办法正常分裂。

这就好像一个创业公司整体聘请了一套领导班子来帮助自己提升管理。等到外聘的高管团队到了这家公司，才发现了问题。原来新聘请的管理团队是CEO、CTO的编制，而原有的岗位设定，是总经理和副总经理。人才和岗位压根儿就不匹配，这工作也没办法开展啊。这时候神操作就来了。小麦这家创业公司，干脆为所有新来的高管都增设了一个新岗位，让他们能够各司其职，而原有的总经理、副总经理的岗位也不撤掉，美其名曰领导班子双轨制。

换回染色体的例子，乌拉尔图小麦提供的染色体分别是1、2、3，而拟山羊草提供的染色体是1、2、4，两者无法完全匹配，怎么办呢？那就干脆把所有染色体都扩增一倍算了。于是，杂交融合后的染色体就变成1、2、3、1、2、4，原来的3条染色体就变成6条了。

染色体倍增事件在植物界是经常发生的。促进远缘杂交的基因融合，只是染色体倍增事件发生的原因之一。还有一些染色体倍增事件会莫名其妙地发生，科学家暂时也不确定它们染色体发生倍增的具体原因。

染色体倍增让更多的植物远亲杂交成为可能。乌拉尔图小麦与拟山羊草的杂交后代出现了染色体倍增现象，它们的后代就是四倍体的籽粒更加饱满的二粒小麦(3)。我需要强调的是，二粒小麦虽然名叫小麦，但是它是跨属杂交的产物，它的体内已经有一半的山羊草的基因了。

就这样，二粒小麦、乌拉尔图小麦以及它们的山羊草属的亲戚们又一起相安无事地生活了50万年，直到遇到了在两河流域定居下来的人类。

当时的人类虽然是定居的状态，但当时的两河流域水草丰美，食物充足，通过采集和狩猎获得食物足以满足人类的能量需求。当时的小麦并不是很受人类重视的食物来源，原因是小麦一旦成熟，籽粒就会自行脱落，非常难以收集。所以，女人们只好在小麦还没有完全成熟的时候，去采集那些留在植株上尚未散落的麦穗。

对于1万年前的人类来说，小麦实在是不怎么好吃。它们的种子包裹在厚厚的颖壳里，吃起来口感很差。于是人们干脆把小麦的麦穗直接扔到火堆里，让火把麦粒外面的颖壳烧掉。一些烧煳的麦粒由于不会腐烂，得以保存到了今天，成为农业革命萌芽时期的考古学证据。

两河流域温暖多雨的环境，让当时的人口出现了一个小高峰。但是幸福总是很难持久，很快地，两河流域的气候环境开始变得恶劣，不仅气温持续下降，天气也变得非常干旱。早期的农业并不是什么社会的进步，这只是人类在饥饿的压力下被迫做出的选择。小麦之所以能成为最早被人类种植的作物，不是因为它有多好吃，而是它有如同杂草一样的强大生命力。

人类想要种植小麦，必须克服一个重大的技术障碍——如何采集种子。所有禾本科的小草，都有一个共同的特点，就是种子成熟之后会自动脱落。这当然也是野生小麦的必备技能。因为如果种子不会自动脱落，就失去了在第二年发芽的机会。人类不可能用采集食物的方法来采集小麦的种子。因为作为食物的小麦，可以在不太成熟的时候就摘下麦穗，而作为种子的小麦，如果提前摘下麦穗，就没办法发芽了。

好在一个关键事件改变了这一切。一些小麦由于基因变异，产生了麦粒成熟之后不会自动脱落的变种。本来，在自然条件下，发生了这种变异的小麦会因为种子无法传播而必然灭绝。但遇到人类之后，这些籽粒不会脱落的小麦瞬间变成了天之骄子。人类可以在小麦完全成熟之后再来采集它们。它们就像是那些主动走近人类营地的灰狼，架起了人类与小麦深度合作的桥梁。

这些籽粒不会自动脱落的小麦，就可以被称作第一代被人类驯化的小麦。没有人类，它们就无法独立地繁衍下去，它们成了一个离开人类就彻底无法生存的物种。

所以，人和小麦到底是谁驯化了谁，讲到这里就可以有个定论了。正是人类的主动选择，促成了小麦物种的繁盛。当小麦出现不会脱落的变异时，如果人类的选择是吃掉它们，而不是播种，那么最终两个物种的关系就会截然不同。这与灰狼主动亲近人类时人类的选择如出一辙。毫无疑问，人类社会对于小麦和狗来说，都是一个崭新的环境，它们只能依附于这个环境生存，它们都是被人类驯化的物种。

公元前8000年，又一个意外事件发生了。四倍体的二粒小麦与当时混生在麦田里的一种杂草——节节麦发生了自然杂交。节节麦虽然名字叫麦，但却是山羊草属的一种杂草。很多山羊草属的杂草，它们小时候的样子与小麦十分相似，所以很难从麦田里彻底清除。与上一次杂交事件非常相似，四倍体的二粒小麦与节节麦的染色体无法配对，于是再一次发生了染色体倍增事件。这次产生的杂交小麦变成了六倍体(4)，这也是现代小麦的雏形。

两次杂交之后的小麦，用染色体倍增的方式融合了拟山羊草和节节麦的基因，但是这也让小麦体内三分之二的基因都来自山羊草属。这样看来，如果给小麦做一个祖源分析的话，它似乎是一个更接近于山羊草属的物种。现在，一粒小麦、乌拉尔图小麦、二粒小麦和普通小麦都归入了专门的小麦属。小麦的基因结构，也让这种有点儿主观的归类方式染上了浓浓的人类中心主义色彩。

持续几千年对麦种的选育，让小麦的种子变得越来越大，并且种子的碳水化合物成分，也就是淀粉的含量越来越高。(5)这是一个非常顺理成章的过程，甚至不需要人类具备任何选育知识就可以做到。谷粒体积的增大自然与基因的优化有关，但环境因素也非常重要。越来越成熟的田间管理技术，让小麦不用与自己的那些杂草亲戚竞争，也能得到充足的水分和营养。

当产量被当作唯一值得追求的指标后，问题就接踵而来了。在良好的环境里，产量的提升总是显而易见的，但伴随产量提升的抗性下降却很难被人们发现。于是，小麦的驯化过程进入了一个艰难的瓶颈期。当发生干旱、高温和病害的时候，小麦就会出现严重的减产甚至绝收。种植小麦的农民对于这类问题几乎无能为力，只能依靠多种小麦品种轮作的方式减轻灾害的损失。(6)

直到19世纪以后，有针对性的小麦育种开始出现，才逐渐把抗虫、抗病、抗旱等指标视为与高产一样重要的育种目标。育种师几乎把所有与小麦能够杂交的植物全都试了个遍，这个阶段的小麦，从黑麦、大麦和燕麦等远亲身上获得了不少的优质基因，但是却仍没有解决抗病能力弱的大问题。

1956年，一场严重的小麦黄锈病席卷了我国主要的几个小麦产区。黄锈病是一种真菌病害，发病的时候，金黄色的孢子囊会布满小麦的叶片。只要风一吹，这些孢子就像是花粉一样四处飞扬，病害传播极快。那一年，全国小麦都遭遇了大规模减产，粮食安全正在遭遇前所未有的危机。

当时，在中国科学院北京遗传选种实验馆工作的年轻研究员李振声(7)毅然奔赴陕西，开始了他的小麦育种研究。李振声很清楚地意识到，缺少基因的多样性是小麦遭遇大规模病害的核心原因。想依靠小麦种内的资源来解决抗病问题，是不可能的。

于是，他开始在亲缘关系更远的植物里寻找抗病的植株，最终找到了一种专门当作牧草培养的偃（yǎn）麦草，这种其貌不扬的小草，从来不会感染黄锈病。

开花的小麦和开花的偃麦草

具备抗病基因的远亲找到了，但是，如何才能把远亲身上的这种抗病基因转移到小麦身上呢？李振声面临的最严重的问题，就是偃麦草开花的时间足足比小麦晚两个月，花期都对不上，那就更别提授粉杂交了。李振声只能先从调整偃麦草的花期开始做起。他使用温室提早播种偃麦草，再使用人造光源延长日照时间，硬是让偃麦草赶上了小麦的花期。

为了能够得到可育的种子，李振声采集了偃麦草的花粉，对几千朵小麦花进行了人工授粉。但是，即便如此，李振声也只获得了屈指可数的几粒种子。

远缘杂交的最大困难是，虽然杂交的后代会获得抗病性状，但是自身的高产基因也会被偃麦草的基因所稀释。所以，在后面的几年里，李振声就需要坚持不懈地选出既能抗病又能高产的植株，一代一代地反复与亲本杂交，以便恢复小麦的优良性状。这样反反复复的杂交选育，一干就是25年。

1981年，李振声团队发布了我国第一个远缘杂交小麦品种——小偃6号。1985年，李振声凭借小偃6号的成就，获得了国家科技发明奖一等奖，2007年获得了国家最高科技奖。他是我国当之无愧的杂交小麦之父，成就与袁隆平比肩。

不过，驯化小麦的故事并没有到此结束。这种与人类相伴1万年的古老植物(8)，承担着全人类19%的热量和20%的蛋白质来源。

2018年，一篇关于小麦的重磅研究发表在顶级期刊《科学》上面(9)，这篇论文由来自全世界73个研究机构的200多名科学家共同完成。他们为了完成这项研究，整整花费13年的时间。这篇论文对中国春小麦的全基因组序列进行了全方位破解式的深入解读。科学家希望，这份详细的基因图谱能够成为一个强劲的引擎，为那些辛苦往返于实验室和田间的小麦育种家，提供分子生物学层面的有力支持。

我国是世界第一人口大国，我们国家的粮食安全问题，远没有我们日常生活中体验到的那么轻松。岁月静好的背后，一定是有人在为你负重前行。

第二节　甘蔗，甜蜜的血泪史

咱们这节要讲的故事，发生在648年。换成唐朝的纪年，这一年是贞观二十二年。这一天是五月的一个清晨，长安城里成千上万的百姓，都聚集在城西的郊外。他们在迎接一支部队的凯旋。

随着太阳越升越高，等待的人群终于骚动起来，一支浩浩荡荡的部队出现在西方的地平线上。这支大部队的组成非常复杂，有上千名吐蕃骑兵，几千名尼泊尔骑兵，还有上万名俘虏和无数的牛马贡品。而且，指挥这支大军的，并不是什么身经百战的将军，而是在一年多以前，率领30多人出使印度的大唐使者，他的名字叫王玄策(10)。

王玄策出使印度，是奉了唐太宗李世民的旨意，要把印度制作蔗糖的技术带回大唐。本来，因为玄奘法师刚刚从印度取经归来，大唐与天竺诸国的关系是非常友好的。王玄策这次出使，也就是搞搞文化交流而已。但是，万万没想到的是，到了中天竺——也就是现在的北印度地区——的时候，中天竺突然发生了政变。叛臣阿罗那顺自立为王不说，还率兵杀死了使团成员，囚禁了王玄策和副使蒋师仁。

在旧王室成员的暗中帮助下，王玄策和蒋师仁连夜出逃。不过，他们俩没有选择逃回大唐，而是穿越喜马拉雅山的山谷，凭借外交手段，到西藏地区的吐蕃和尼泊尔搬兵。就这样，两位大唐文官率领着来自两个不同国家的几千名骑兵，在短短几个月的时间里，就平定了占据整个北印度地区的中天竺叛乱，还俘虏了叛臣全家。安顿好中天竺的继任者之后，他们率领大军，带着丰富的战利品和上万名俘虏(11)，浩浩荡荡地回到了大唐。

王玄策的故事已经成了外交史上的传奇。现在，每当我们的邻居印度在边境线上搞事情的时候，网友们就会把王玄策出使印度的故事拿出来讲几遍。有的网友还开玩笑说，印度的战斗力用不着解放军出手，派个外交官过去就搞定了。

当然，王玄策最初的目的，可不是去印度打仗的。他是一名外交使节，当然也不会忘记自己的使命。回来的时候，他把全套的印度制糖技术甚至大量熟悉制糖技术的印度工匠，全都带回了长安城。

贞观二十年（646年）三月，李世民突发奇想，想要把外国进贡过来的所有奇珍异宝编写成书，做一个系统化的整理。在整理的过程中，李世民注意到天竺国进贡的“石蜜”是一种相当有价值的贡品，很值得在大唐推广。这个石蜜，其实就是印度人用甘蔗汁土法制作的方糖。

甘蔗这种植物你肯定不陌生。但是，你可能不知道的是，由外交官王玄策带回长安城的，只是来自印度的制糖技术。中国种植甘蔗的历史，甚至比印度更加久远。

通过对甘蔗叶绿体DNA的溯源(12)，科学家发现，最早的甘蔗驯化，发生在公元前8000年左右。那时候，居住在巴布亚新几内亚岛上的土著居民开始人工培育甘蔗，他们通过咀嚼甘蔗带有甜味的汁液来获得水分和能量。

公元前1200年左右，巴布亚新几内亚的甘蔗从南亚传入了中国。印度的甘蔗也是从南亚传入的，时间比中国还要晚差不多200年。

植物为了度过不利的时期，会演化出专用器官来储存能量。对于植物来讲，它们的根、茎、叶就是储存能量的仓库。在仓库体积不变的前提下，能量密度越高，存储效率就越高。

最适合储存的营养物质，无非就是糖类、脂肪和蛋白质这三类，它们都是能够靠化学键来锁住能量的大分子化合物。对于植物来说，合成糖类是最简单易行的方案。因为葡萄糖就是光合作用的直接产物。

很长一段时间以来，甜味都是糖类物质的标志。在我们了解糖类物质的分子结构之前，只有能尝到甜味的蔗糖、果糖和葡萄糖才能算糖。即便是现在，我们也常常会忽视那些甜味不明显的糖。那些热衷于减肥的人，会尽量避免吃太甜的食物，却常常会忘记米饭和各种面食也是糖类。一般来说，由碳、氢与氧三种元素所组成，元素比例符合碳与水的聚合物的化合物，都可以称之为糖。所以，我们也会把糖类叫作碳水化合物。

我们人类能感受到甜味的糖类物质，只不过是所有糖类中很少的几种而已。其他大多数的糖，我们都没办法通过品尝而分辨出来。

早在生命刚刚出现的时候，原始的细菌和单细胞藻类就已经有了生产糖类物质的能力，这种能力是伴随着生命能量的代谢而产生的。在分子尺度下，我们可以观察到，糖类物质的分子在某种条件下会发生水解。我们把那些能够水解成很多小分子的糖类物质叫作多糖，把那些能够水解成2～10个小分子的糖类物质叫作寡糖。如果某种糖类物质不能进一步水解，那就可以叫作单糖。

现在，科学家已经发现了200多种不同结构的单糖。这些单糖可以通过组合，形成结构更复杂的糖类物质。这种糖类物质的拼接组合，与氨基酸拼凑成蛋白质的过程非常相似。使用最基础的单糖，我们就可以创造出结构非常复杂的、有着奇特化学性质的新物质。

纤维素应该是最常见的、具有奇特性质的糖类物质了。纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，它不溶于水，也不溶于常见的各种有机溶剂。纤维素的化学性质，让我们很难把它和糖联系在一起。我们的身体可以消化葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉，但却无法消化纤维素。但是，当纤维素进入肠道之后，却能够起到促进肠道蠕动、加快粪便排出的作用。因此，我们也会把纤维素叫作膳食纤维。

纤维素是自然界分布最广泛的一种糖类物质。一团棉花里面，几乎100%都是纤维素。你如果有兴趣，可以找一小团棉花放在嘴里嚼一嚼试试看。纤维素的口感，绝对不会让人觉得这是可以吃的东西。植物大量制造纤维素的目的，就是要避免成为其他动物的食物。但是，纤维素毕竟也是一种糖类物质，它的分子内部与其他糖类物质一样，也是蕴藏着大量能量的。牛、羊这类食草动物的胃有着非常复杂的结构，这些胃不仅功能强大，还养活着数量极为庞大的微生物。微生物会产生能够分解纤维素的酶，来帮助食草动物消化和利用纤维素。

不过总体来说，纤维素还是过于稳定了。能量一旦存进去，就算是植物本身，也没办法再取出来了。所以，纤维素肯定不是合适的能量存储方案。淀粉是另外一种常见的多糖，它状态稳定，容易保存，同时在淀粉酶的作用下也能比较容易分解，是植物长期储存养分的首选方案。红薯、马铃薯、山药这类植物，走的都是这条技术路线。

不过淀粉也不是万能的。淀粉在水中的溶解度很低，所以它只适合储存能量，却不适宜运输能量。所有的植物，都是在叶绿体中合成糖分的，这些糖分必须通过维管束运输到植物的全身去，才能发挥作用。维管束就是植物的血管。

叶绿体直接合成的糖类是葡萄糖。葡萄糖很容易溶解在水中，然后方便地通过植物的维管束进行运输。所以，大部分的植物，都会选择直接运输葡萄糖。蔗糖同样易溶于水，看起来也是一种适合用于能量传输的糖类物质。但是，葡萄糖的甜度只是蔗糖的70%，而且，一般的植物，细胞液中的葡萄糖浓度也是非常低的。像甘蔗这样，用高浓度的蔗糖来传递能量的植物，确实是非常罕见的。

在哺乳动物的味觉系统中，用来感受甜味的味觉感受器，其存在的意义就是用来寻找和鉴定含糖的食物。在哺乳动物的口腔里，能分泌一种叫唾液淀粉酶的水解酶。这种酶的作用，就是把各类淀粉类物质，直接分解成能尝到甜味的麦芽糖。这就让哺乳动物对本来没有甜味却富含能量的淀粉，有了鉴别的能力。

在茎部储存高浓度的蔗糖，这就等同于向哺乳动物宣布：快来吃掉我啊，我这里有大量免费的营养物质！对于一种植物来说，这绝对不是一个好的生存策略。植物在花朵中准备花蜜，是希望借助花蜜，吸引昆虫帮助自己传粉。它们也会在果实中准备一些营养物质，但目的也是让鸟类帮助自己传播种子。甘蔗长出甜美多汁的茎部，这在哺乳动物眼中，简直就是一份免费的、毫无代价的午餐。这不符合自然界演化的规律。一定有什么不为人知的生存优势，支持着甘蔗的这种行为。

甜菜

除了甘蔗以外，甜菜和糖枫树也是生产蔗糖的重要农作物。但是，有所不同的是，甜菜和糖枫树都是生活在温带的植物。这些植物可以利用蔗糖来抵御低温。

糖枫树

当植物的体温接近冰点的时候，细胞液中形成的小冰晶就会刺破细胞壁流出来。冻伤就是这样发生的。但是，蔗糖可以让细胞液的冰点降低，避免出现冻伤问题。当气温逐渐下降的时候，很多植物都会主动合成糖类物质，来抵御低温。冬天经历过低温的蔬菜吃起来会有一些清甜的口感，也是这个原因。

甜菜和糖枫树这类植物可以生长在更靠北的地区。这里比起温暖的地区，有着更少的竞争。更好的耐寒能力确实是它们的生存优势。

但是，甘蔗是典型的热带作物，它们非常怕冷。在我国，甘蔗只能在南方的几个省份生存，最北也没有超过四川。甘蔗虽然是多年生的草本植物，但是，到了收获的季节，蔗农总是会尽早地把甘蔗砍下来。因为我国大部分种植甘蔗的地方，显然还都不够暖和。如果不幸遭遇霜冻，甘蔗很可能会在一夜之间被冻死。显然，对于甘蔗来说，生成大量的蔗糖并不是为了御寒。

对于这个问题，一种常见的解释是，在1万年前生长在新几内亚的野生甘蔗，它们的茎秆中是不含糖的。甘蔗中的糖，其实是人类在多年的选育过程中，逐渐增加的(13)。选育提升了甘蔗的含糖量，这当然是毫无疑问的。但是，即便是生长在新几内亚最原始的野生甘蔗种群，它们的汁液中也含有大约4%的糖分。我们虽然无法知道1万年前的野生甘蔗到底是什么味道，但是很难想象，当地的土著居民会去驯化一种完全没有甜味的植物。甘蔗天生就是甜的，这才是它被人类驯化的理由。

另一种解释是，甘蔗中的蔗糖帮助甘蔗获得了可以长高的优势，我们可以把这种解释叫作长高假说(14)。

普通的甘蔗，可以长到3~4米高，条件特别好的时候，有些甘蔗的植株可以长到6米高。但是，这只是它们在当年可以长到的高度。甘蔗是多年生的植物，如果我们不去砍它，它就还能继续长高。一些生长了多年的野生甘蔗，它们可以长到接近10米的高度。这个高度，与那些动辄长到几十米高的大树相比，好像算不了什么。但是，你要知道，甘蔗本质上是一棵小草，如果按照草的标准来看，甘蔗绝对算得上是参天大树了。

区分“树”与“草”的标准看的是茎的结构。如果仔细观察一棵被砍断的树，你多半可以看到一圈一圈的年轮。这是因为木本植物的茎中有一个叫作形成层的结构，这部分组织会随着树木的生长不断进行分化，形成新的木质部和韧皮部。大树之所以能越长越粗，就是因为形成层不停地分化而造成的。一年四季的温度变化，会让形成层的生长速度忽快忽慢，这就是年轮形成的原因。

小草的茎部没有形成层，也不可能越长越粗。所以，它们从一出生开始，最终能达到的高度就已经基本确定了。这也是大多数小草都没办法长得很高的原因所在。

不过，有这么一类小草，它们都可以长得很高。比如，玉米和高粱的平均高度是2～3米，但是在肥料水分充足的环境里，有超过6米的植株出现。这个高度，已经接近甘蔗一年里可以长到的高度极限。

甘蔗、高粱和玉米为什么能长这么高呢？植物学家认为，它们身上的两项重要创新，是它们得以长高的重要因素。

第一个原因是，它们全都是“碳四植物”。这里我要稍微解释一下“碳四植物”的概念。一般的植物，它们在光合作用之后，产生的化合物含有的碳原子个数是3个，这些植物被统称为“碳三植物”。那么顾名思义，“碳四植物”的意思就是，在光合作用之后，产生的化合物中的碳原子个数是4个。“碳四植物”吸收和固定二氧化碳的能力更强，自然也就生长得更快。“碳四植物”可以在二氧化碳浓度较低的环境里更高效地进行光合作用。甘蔗、高粱和玉米都是“碳四植物”，而相对矮小的小麦和水稻，都是经典的“碳三植物”。

植物学家研究发现，地球上的“碳四植物”已经发生过至少60次的独立演化了。很有意思的是，所有的“碳四植物”几乎都起源于热带和亚热带地区。这与热带地区的竞争压力较大不无关系。

在我国的东北地区，现在还种植着一种叫作甜秆的农作物。其实甜秆并不是某一种植物，它们有的是甜玉米的茎秆，有的是甜高粱的茎秆。这些茎秆的含糖量相当惊人，吃起来甜度和口感与甘蔗不相上下。除了当作夏季的水果来吃，甜秆也会用于制糖和酿酒。植物学家认为，使用蔗糖当作能量传输的载体，是甘蔗、高粱和玉米能够生长迅速并且长到比较高的重要原因。

不过，这个假说并不能用来解释所有问题。有一种草，它长得比甘蔗更高，生长速度比高粱和玉米更快，但它却既不是“碳四植物”，也不使用蔗糖来传输能量。这种草本植物，你也一样很熟悉，它就是竹子。

不过，还是那句老话，那就是演化没有方向，虽然趋同演化是确实存在的现象，但大自然从来就不要求生命用相同的策略来解决类似的问题。能够让小草长到几米的高度，获取到更多的阳光，这些生存优势让甘蔗大量合成蔗糖这一现象又多了一个有力的解释。

不过植物学家总觉得这些解释还不够充分。因为甘蔗的甜味，对于哺乳动物来说，吸引力是极大的。在我国的南方，为了对付偷吃甘蔗的野猪，蔗农可以说是想尽了办法。而印度的蔗农，除了要与野猪周旋，还要想办法赶走馋嘴的大象。如果没有人类的保护，甘蔗真的能在野猪和大象的袭击中幸存下来吗？

一些最新的野外观察告诉我们，或许还真有这个可能。

2017年，夏威夷大学的诺亚·林肯和他的研究小组对生长在新几内亚的野生甘蔗种群进行了观察(16)。他们发现，新几内亚的野猪确实很喜欢把甘蔗当作食物。野猪可以直接咬断比较细的甘蔗。一些比较粗壮的多年生甘蔗，野猪反复冲撞，直到把甘蔗撞断甚至连根拱倒。看起来，野猪对于甘蔗的破坏确实是毁灭性的。

但是，到了第二年，林肯小组观察到了一些不一样的现象。那些被咬断的甘蔗会从贴近土表的茎节处萌发多个新芽，这些新芽在当年就能长成新的植株。那些被连根拱倒的甘蔗多半也没有死掉，它们倒伏之后会被野猪咬断，随后，也从茎节处发出了新芽。

更有意思的是，野猪并没有把所有的甘蔗全部吃掉。甘蔗只有在两个节中间的部分比较好吃。而接近节的部分，富含纤维素的表皮会突然变厚，甜度也会下降很多。野猪在吃饱之后，就会随意丢弃那些不太好吃的茎节。当下一次下雨的时候，甘蔗的茎节就会被雨水冲刷的泥土埋起来。第二年，这些被埋起来的茎节，也会发出新芽，长成很多株新的甘蔗。林肯小组发现，很多已经生长多年的野生甘蔗，就是通过扦插茎节的方式成活的。它们很可能是被野猪传播的。

很有可能，在人类驯化甘蔗之前，甘蔗就与野猪达成了伙伴关系。或者可以这样说，同样嗜糖如命的人类，从野猪的手里接过了驯化甘蔗的接力棒，肩负起把甘蔗这个甜蜜的物种传遍全球的重任。

甘蔗的传播史，就是人类食用蔗糖的历史。在我国先秦时代的文献资料里，就对类似甘蔗的植物有了明确的记载。但由于甘蔗一直以来都没能适应北方的气候，作为文化中心一直设在北方城市的我国，一直都没有大规模推广甘蔗的种植。直到唐代，也就是我们开头所讲的那个故事，制糖业才逐渐开始兴盛起来。

很快，中国的制糖工艺就超越了印度，中国的白糖也开始返销给印度，成为印度最高等级的糖制品(17)。而在中世纪，阿拉伯人也将印度的甘蔗带入了埃及和地中海沿岸；欧洲人随着“十字军东征”，第一次尝到了不同于蜂蜜的糖的甜味。

为了追求蔗糖甜蜜的味道，从16世纪开始，欧洲人就开始了罪恶的黑奴贸易。数百万非洲人被贩卖到美洲的甘蔗种植园。他们从事着繁重的工作，生存也完全得不到保障。值得一提的是，在这段时间里，我国同样也有数以万计的劳工被骗到美洲成为奴隶，和非洲的黑人们一起，在中南美洲的甘蔗园里付出了血汗和生命(18)。

“黑奴”在美洲的甘蔗园中辛苦劳作

现在，已经不会再有人为了生产蔗糖而沦为奴隶了。但是让人成瘾的蔗糖，依然像魔鬼一样，吞噬着人们的健康。追求甜味，是在远古时代就写入人类基因的本能，但这样的本能，在现代社会，却成了让我们对糖类成瘾的原始动力。

过多地摄入糖，比过度摄入脂肪的危害更大。当我们过度摄入脂肪时，腻的感觉会让我们停下来。但是，摄入糖类却能让人更加快乐。如果在脂肪里加入适量的糖，就可以让人吃了脂肪也不会有腻的感觉。美味的奶油就是脂肪和糖的混合物，但我们却很少会觉得奶油是油腻的(19)。

我们经常用糖衣炮弹来形容那些隐藏在美好下的危险的东西，但是现在看来，根本用不着炮弹，单纯糖衣本身，如果不加以节制，就会损害我们的健康。

第三节　番茄，美杜莎的诱惑

这一节，我先给你讲三个不同的故事。

第一个故事：

1519年，西班牙殖民者埃尔南·科尔特斯带领着一艘载着400名士兵的西班牙船队大举攻入了墨西哥。虽然西班牙殖民者的武器装备要比当地的阿兹特克人强很多，但是阿兹特克人凭借着防御工事和人数上的优势，也对侵略者进行了有力的反击。在双方战斗的过程中，科尔特斯就发现，阿兹特克人会把一种有毒的红色小果子朝他们射过来。这些小果子一旦打在身上，就会立即爆开，流出黏糊糊的浆液。

据说，这就是欧洲人与番茄的第一次亲密接触。英语中番茄“tomato”，也来源于阿兹特克语中的番茄。

第二个故事：

17世纪的法国，有一位名叫埃尚的年轻画家。这位画家在过去的几年里，一直对一种名叫狼桃的有毒植物充满了兴趣。等到狼桃的果实成熟的时候，他就会背着画板，来到狼桃树下，疯狂地创作以狼桃为主题的油画作品(20)。

这一天，狼桃又成熟了，整棵树上都挂满了红彤彤的果子。不过，埃尚这一次并没有带着画板，他刚刚失去了他的恋人，这一次来，他想要吃一颗剧毒的狼桃，结束他年轻的生命。埃尚摘下了一颗狼桃，放进嘴里。瞬间，一股酸酸甜甜的奇妙味道充满了他的口腔。他心满意足地躺在他钟爱的狼桃树下，静静地等待死亡的来临。

当然，无论这个吃番茄殉情的故事是不是真的，我们都不会担心他会死掉。关于欧洲人第一次品尝番茄的情形，有很多很多个版本的故事，画家埃尚的故事，只不过是众多故事中的一个而已。不过，有一点是值得肯定的，那就是番茄的拉丁名，直译过来确实就叫作狼桃。而狼桃，也确实包含着危险和有毒的意味。

第三个故事：

这个故事的主角更有名气，他就是美国的第三任总统托马斯·杰弗逊。杰弗逊总统给我们留下的印象，主要是美国的开国元勋和起草《独立宣言》这些政治事件。其实，杰弗逊的爱好非常广泛，他喜欢古生物学、建筑学，还亲自动手做了很多技术发明，算是一个小有名气的发明家。

在园艺爱好者的圈子里，人们都喜欢叫他园艺师杰弗逊。在他8000多平方米的花园里，种着超过250种的蔬菜。当然，这些蔬菜里肯定是包含番茄的。

据说，在1802年的时候，也就是他当上总统的第二年，为了推广番茄的种植，他曾经当众吃下了一个番茄。杰弗逊总统种植和推广番茄，是有历史记录的。但当众吃下番茄来证明番茄无毒这件事，显然就是杜撰的故事了。我不知道亲眼看着总统吃下一种公众认为有毒的食物，是一种什么样的体验。但是，让杰弗逊来当第一个吃番茄的勇敢的美国人，显然更符合人们对美国精神和流行故事的期待。

关于番茄传播的小故事几乎多到举不胜举。大多数的小故事，其实都不够可信。从西班牙殖民者首次遇到番茄的1519年，到杰弗逊总统推广番茄的1802年，总共隔了283年。在这283年间，番茄一直都被笼罩在有毒植物的阴影之下。之后不久，番茄就突然走上了快车道，开始迅速流行了起来。

根据2017年的数据，全球的番茄总产量达到了1.983亿吨。除了马铃薯和红薯这类当作主粮的农作物以外，番茄的这个产量，无论跟其他蔬菜相比，还是跟水果相比，都是遥遥领先的。

所以问题就来了。既然营养多汁、酸甜适口的番茄这么受欢迎，怎么会被人类错过了两个多世纪呢？真的是因为人们相信番茄有毒吗？这个解释显然是缺乏说服力的。

我们有句俗话，叫作“第一个吃螃蟹的人”。我们常常用这句话来赞扬那些敢于打破常规去做事情的人。这句话很好理解，因为螃蟹作为一种怪模怪样的节肢动物，在我们不知道它可以吃的时候，头一次吃它，还真的是需要勇气的。但是，番茄的情况完全不是这样。番茄外形圆润，颜色诱人。所有长成这种样子的果实，其实都是在向外传达一种“我成熟了，快来吃掉我”的信号。

圆润的外形和艳丽的红色，对人类来说，天生就是能吃而且好吃的信号，为什么人类能集体相信番茄有毒的谣言，坚持200多年不去吃它呢？没有什么谎言能够长时间地骗过所有的人。所以，真正的答案应该是，最初从南美洲引入的番茄，与我们现在吃的番茄大不一样，它们不仅个头儿很小，而且甜度也很低。换句话说，番茄不够好吃，才是番茄没有在欧洲流行起来的原因。

由于资料的缺失，对于番茄是什么时候开始被驯化的，现在还没有确切的证据。一个被普遍认可的说法是，南美洲的阿兹特克文明，是在公元前500年左右开始驯化野生番茄的。那么这样算起来，即便是算上阿兹特克人驯化番茄的时间，到现在也只有短短的2500年而已。比起植物在自然界发生的漫长演化，人类的驯化史，简直短到不值一提。人类短暂的驯化给植物带来的改变，真的比几百年或上千万年的演化更大吗？

各种番茄

美国植物学家查尔斯·里克教授是番茄生物学的领军人物。他对番茄的驯化历史也非常感兴趣。为了更好地研究番茄，里克教授在加州大学戴维斯分校建立了一个番茄遗传资源研究中心。这里是番茄资源的种子库，收藏了将近1200份野生番茄样本。这些样本的基因多样化程度非常高，它们甚至可以被分成超过200个不同的亚种。

通过研究这些野生样本，里克发现，番茄的整个驯化过程比我们想象的要复杂得多。在很长的一段时间里，被驯化的番茄是与野生番茄混杂在一起生长的。一些已经被驯化的品种可能会重新回归野外，在自然生长了很多年之后，这些品种又被重新找到，进行了二次驯化。

总体来说，阿兹特克人对番茄的驯化，并没有急功近利地提高番茄的个头儿或者含糖量，他们接受了番茄的多样性。在阿兹特克人的市场上，可以看到种类繁多的番茄，它们的个头儿从樱桃大小到李子大小，颜色从黄到红，口感从多汁到绵软，几乎所有的番茄，全都可以在这里找到。

由于口感不佳，番茄被西班牙人带回欧洲之后，是被当作观赏花卉种植的。只有什么都想要尝尝的意大利人，才有兴趣去尝尝它们。

1544年，意大利植物学家马蒂奥利在他的著作《药用植物》里认认真真地记载了番茄，这也是番茄首次被记录在正规的书籍里。在他的著作中，记载了好几种不同的番茄。这些番茄品种在成熟之后，有些呈现黄色，有些则呈现红色。有趣的是，在这份最原始的记录里，不仅没有记录番茄的毒性，反而还记载了几种不同的烹饪方式。其中的一种烹饪方式是：用盐和胡椒调味后，再放进油锅里煎熟。咱们现代人多半是不会用这种方式来烹饪番茄的，这听起来更像是一种烹饪茄子的方法。

从这些记录里你大概也能体会到，西班牙人从美洲带回来的番茄与现代的番茄，差异还是相当大的。

欧洲人与阿兹特克人对番茄的需求完全不同，他们希望番茄更大、更甜，而且有更稳定的性状。意大利的气候非常适合番茄生长。而且，在意大利的花园里，种植着大量的番茄，随时可以提供给育种师使用。在16世纪末的时候，番茄还算不上是一种食材，它的作用，大概也就是在菜品装盘的时候，切上几瓣，装点一下菜品的色彩而已。

1692年，又过了100多年的时间，在意大利那不勒斯的一本菜谱里，人们终于看到了番茄的身影。这也是彻底改变番茄命运的一道菜，这道菜的名字你一定很熟悉，它就是比萨饼。比萨饼对于意大利人的意义是不言而喻的。这就注定，番茄这次一登场，就再也不会谢幕了(22)。

我们差不多可以认为，被切片放入比萨饼里的番茄，已经非常接近现代番茄的样子和味道了。比起它们刚刚到达欧洲的样子，这些番茄的体积增大了十几倍，从皮厚肉少变得甜美多汁。番茄在与人类的合作下，只用了173年，就走完了野生植物数百万年才能走完的演化历程。

众所周知，番茄是一种多汁的浆果。浆果在我们的印象中，好像都是甜美多汁的样子。但是，你的这个印象是错误的。在与番茄同科的茄科植物中，大多数种类的果实都是浆果。我们熟悉的辣椒、茄子、枸杞都是浆果；你可能没见过马铃薯的果实，但我可以告诉你，马铃薯的果实也是浆果。

所以，浆果并不是天生就甜美多汁的。至少茄子和辣椒就不是。浆果类果实演化的逻辑，就是要吸引鸟类吞吃它们。鸟类没有牙齿，不会伤害藏在浆果里的种子。但是鸟类有着敏锐的视觉，它们能够分辨颜色。当浆果成熟的时候，就会变得颜色鲜艳，这就是提醒鸟类前来进食的信号。

你可能还以为，很多哺乳动物都喜欢吃多汁的浆果，这个认知也是错的。绝大多数哺乳动物都是色盲，它们根本没办法分辨出红色，更不知道果实什么时候才是成熟的。

在哺乳动物中，灵长类动物却是个例外。生物学家认为，分辨红色的能力之所以能在灵长类动物身上保留下来，与它们栖息在树上，有吃果实的需求有很大关系。能够辨识出红色果实传达出的成熟信号，是一种明显的生存优势。所有的鸟类都能敏感地分辨出红色，也是这个原因。

不过很遗憾的是，鸟类虽然能辨识出象征着浆果成熟的红色，但它们却缺少品尝甜味的味觉。所以，身为浆果，完全没有演化出甜味的动力。如果浆果会呈现出甜味，就必然会吸引到能够嚼碎它们种子的哺乳动物前来取食。只有灵长类动物，包括人类，才有能力识别果实的成熟，也对甜味有强烈的需求。

现在我们就知道了，所有有甜味的水果，其实都是人类驯化和选育的结果。在自然界中，根本就没有让水果变得更甜的环境压力。你身边所有甜美的果实，都是人类在短短几千年的时间里，与植物共同创造的。在去除了演化的随机因素之后，演化的进程就会陡然加快到不可思议的程度。

不过，即便如此，番茄在不到两百年里做出的巨大改变，似乎还是显得太快了。对此，科学家的解释是，在南美洲的安第斯山脉，保存了非常完整的番茄基因库。已有的基因保留得越多，在杂交过程中能够显露出来的性状就越丰富。育种师只需要在众多的特征中进行挑选，就能创造出优秀的品种了。

在人类与番茄的合作中，番茄就像是创业者，而人类则是它们的大客户。育种师就像是客户需求的分析师，他们负责把人类的需求告诉番茄。其实，以番茄的潜质来看，它既能胜任水果的角色，也可以充当美味的蔬菜。但是，在过去的很多年里，欧洲人都更倾向于把它们往蔬菜的方向培养。番茄从此变得个头儿更大，甜度和酸度都有所降低。但是，我国本土培育出的番茄，却呈现出多汁、甜美、香味浓郁的特点。可以说，欧洲的番茄更像蔬菜，而我国的番茄更像水果。

关于番茄到底是蔬菜还是水果，还正经八百地打过一个官司。1883年，为了恢复经济，美国对于进口商品大幅度调整了关税。(23)新税法中很重要的一条，就是要对进口蔬菜收取10%的高关税，而水果不用。那么番茄到底是需要缴税的蔬菜还是免税的水果，就成了番茄进口商关注的大问题。

主张番茄是水果的一方，他们的理由是，英文里水果和果实的单词都是fruit，而番茄作为一种浆果，当然属于果实。既然番茄是果实，自然也就是水果。然而，这个看似无懈可击的逻辑却没有被联邦最高法院认可。最高法院的理由是，番茄在日常生活中，就是被当作蔬菜来吃的，它没有那么甜，没有人会把番茄当作甜点食用。(24)

我觉得，这个官司如果发生在我国，最终的结果可能会完全不同。这是因为我国本土出产的番茄，确实就像是水果一样，甜美而且多汁。在我国，有一种久负盛名的水果沙拉，就叫作西红柿拌白糖。把多汁的番茄切成小块，让里面的汁水流出来，再撒上一些白糖。吃完之后，一定要把盘子里的汁水一饮而尽。这简直是夏日里最让人着迷的美味了。

不过，即便是拿番茄当水果吃的中国老百姓，最近这些年也开始抱怨，现在的番茄似乎再也吃不出以前的味道了。是我们的生活好了，嘴也变得刁钻了吗？还真不是。2017年1月的《科学》杂志上还刊登过一期封面文章，在这篇文章里，中美两国的科学家一起研究了将近400个品种的杂交番茄，并与产自我国的本土番茄进行了对比。他们最终找到了13种与香味有关的挥发性成分，这些成分在绝大部分的蔬菜番茄中，都显著地降低了。

这项研究很像是一次对现代化选育的自省，它提醒育种师，除了关注番茄的外形、含糖量等直观的参数以外，还需要关注那些挥发性的物质。因为如果把番茄当水果来吃，好不好吃，鼻子是很有发言权的。

别看人类在不到200年的时间里，就大幅度地重新塑造了番茄，但当选育工作进入必须留住某种挥发性物质这种细节工作时，就会立即变得无比艰难。

1956年到1957年，里克教授在安第斯山脉和加拉帕戈斯群岛进行了一次长达半年的野外考察，他的目的是采集一些全新的野生番茄标本。考察临近结束的时候，他来到了智利北部的一处露天铜矿。这座铜矿坐落在一片荒山之间，每年的降雨量还不足2厘米，是一片真正的不毛之地。

就是在这片不毛之地上，里克教授发现了一种野生番茄。在郁郁葱葱的叶子之间，挂满了绿色的小浆果。一些已经熟透的浆果，外皮已经干燥，形成了坚硬的棕色外壳。

这株野生番茄超强的抗旱能力让里克教授非常震惊，如果这些特性能通过杂交转移到现代的番茄品种上，将会产生巨大的经济价值。他立即采集了标本，并从成熟的果实里采集了种子。

回到研究中心以后，里克教授立即播种了那些野生番茄，并尝试让野生番茄与现代番茄进行杂交。但是，令人遗憾的是，这些野生番茄已经与现代番茄出现了生殖隔离，多次授粉都没有得到成熟的种子。

野生智利番茄

转机发生在1990年，这一年，75岁高龄的里克教授虽然已经退休，但却依然在加州大学的植物遗传学课堂上任教。在一堂课结束之后，里克教授收到了喜讯。在一次尝试性授粉之后，几株作为母本的现代番茄很意外地授粉成功了。用于授粉的父本，正是耐旱能力超强的野生番茄。不过，当这些种子发芽并长大开花之后，坏消息还是传来了。这些杂交品种由于亲本的基因差异过大，已经失去了再次结出种子的能力。里克教授的团队立即对仅存的杂交番茄进行了基因测序。利用DNA标记技术，他们在每一个植株上都找到了一些有效的基因片段，把这些片段拼凑起来，就基本确定了这组抗旱基因的大概位置。在抗旱番茄的培育之路上，里克教授的团队又向前迈出了一大步。

2002年5月5日，里克教授在加州大学戴维斯分校的研究中心里安详地去世了，他死在了自己热爱的工作岗位上。里克教授的成就，差不多相当于杂交水稻领域的袁隆平。但是，与家喻户晓的袁隆平院士不同，里克教授是默默无闻地走完了他的一生。全世界每个人都享受着里克教授的工作成果，却几乎没有人认识他。

2020年，距离里克教授收集到第一批抗旱野生番茄种子已经过去了整整63年，耐旱番茄的有效基因组终于确定下来。但是，把这些有效基因导入现代番茄品种中去，依然是一条漫长和艰苦的道路。

在这个世界上，我们常常会不自觉地从人类的视角来看待世界。我们会把动物分成野生动物和家禽家畜，我们还会把植物分成野生植物和农作物。但是，如果抛弃人类中心主义，站在植物的视角来看问题，你就会发现，人类对于植物而言，只不过就是一种不会飞的、大号的蜜蜂而已。植物付出一定的代价，比如用果实满足人类的口腹之欲，而人类则帮助它们传粉和播种，然后战胜那些没有与人类达成合作的其他植物。

在新旧大陆的航线打通之后，大量来自美洲大陆的植物，以前所未有的速度传遍了全世界。除了人类以外，没有任何其他动物能把这件事情做得这么好。所以，对那些植物创业者而言，人类毫无疑问是这个世界上最值得服务的大客户。

第四节　玉米，为何我是末日作物

在美国西部的一个农业小镇上，生活着为数不多的几千名居民。小镇上没有电影院，更没有购物中心，小镇的居民最热衷的集体活动，就是每个周末都会举行的棒球比赛了。

一个温暖的周末下午，又是棒球比赛开赛的时间了，棒球场周围的看台上坐满了小镇的居民。老人们丝毫不关心比赛的结果，他们只是坐在看台上聊天，谈论着自己年轻时崇拜的棒球明星。真正关心比赛的，似乎只有精力旺盛的男孩子们，他们挥舞着手里的棒球手套大声地喊着加油，恨不得亲自上场去打一会儿。

鲍勃是小镇上最好的外野手，他在场上防守的时候，从来就没让小镇的球迷们失望过。而这一次，鲍勃却失手了。只见他直愣愣地站在场上，连球从脚底下滚过去都没看见。眼看着击球手冲过一垒，鲍勃却丝毫没有反应。他摘下墨镜，呆呆地盯着西边的天空。

原来，在棒球场的西边，有一大片沙尘席卷而来。刹那间，警报声响彻了整个小镇。小镇的居民似乎早就习惯了这样的场面，他们从容地戴好口罩和护目镜，有条不紊地退场。

黄沙在小镇的上空持续地肆虐着。逃进屋里的人们关紧了门窗，来不及进屋的人们就钻进汽车躲避这突如其来的灾难。

正在郊外务农的农民已经来不及躲避，只好用外套蒙住脑袋，钻进茂密的玉米地里躲避沙尘暴的袭击。

沙尘暴过后，整个小镇都覆盖在一层厚厚的沙土里，街上的汽车几乎被沙尘彻底掩埋。只有郊外一望无际的玉米，依然一根根笔直地挺立在那里，似乎周围的灾难都与它们无关。

这段故事，是2014年的科幻大片《星际穿越》中的一个场景。在这部电影中，沙尘暴并不是这个小镇特有的气象灾难，整个地球都是这样。过度的人类活动导致生态环境彻底崩溃，土地严重沙化，沙尘暴在全球的任何角落，都是家常便饭。

比全球范围的沙漠化更加糟糕的是，由于生态的失衡，除了玉米以外的其他农作物，都因感染了一种名叫枯萎病的真菌而濒临灭绝，玉米是人类唯一可以依赖的食物。

《星际穿越》虽然是一部以太空探索为主题的电影，但促使人类飞往星辰大海的动力并不是我们的好奇心，而是生存的绝境。由于大量农作物绝收，全球人口锐减，人们不得不冒险派遣宇航员到遥远的星系去寻找适合居住的星球。

在电影中，导演诺兰邀请了基普·S.索恩（Kip S.Thorne）（2017年获得诺贝尔物理学奖）教授担任科学顾问。索恩也确实不负众望，把整部电影的科学基础打得非常扎实。那么，玉米真的能在环境崩塌的末日，扛起拯救人类的大旗吗？要回答这个问题，我们不妨先来看几个真实数据。

2010年，位于新西兰南岛的乡村小镇戈尔创造了一个世界纪录(25)，小镇上的奥塔马农场创造了小麦亩产1042.4千克的世界纪录。虽然已经过去了10年时间，但这个记录一直都没有被打破过，亩产一吨，基本上成了小麦的产能上限。(26)

2017年，袁隆平院士的团队选育的超级杂交水稻品种“湘两优900”，在河北省硅谷农业科学院超级杂交稻示范基地创造了水稻的亩产世界纪录。经过测算，整个示范基地的平均亩产是1149.02千克，这个纪录也一直保持到今天，再没有被打破。

那么，玉米产量的世界纪录是多少呢？

美国是玉米生产大国，他们为了提高玉米产量，专门有一个玉米产量竞赛（NCYC）。2019年，美国玉米产量竞赛的冠军农场，达到了平均亩产2576.48千克的成绩。(27)

一拿数据说话你就应该明白了，水稻和小麦在产量上比玉米差得可不是一星半点儿。根据我国2020年统计年鉴上的数据，我国居民人均粮食消费量是210千克。(28)也就是说，产量最高的玉米地，一亩地的产量就足够12个成年人吃上整整一年。虽然我国的玉米种植面积远低于小麦，但早在1995年，玉米的产量就已经超越了小麦，成了仅次于水稻的第二大农作物。(29)

只比较产量还不能说明玉米厉害，如果想成为《星际穿越》里的末日作物，就必须有在恶劣条件下顽强生存的能力。玉米的一个显著特点就是它非常耐旱，也非常耐热。这也就是《星际穿越》中会把它设定为末日作物的直接原因。

前面我们在讲甘蔗的时候就曾经提到过，甘蔗、高粱和玉米都属于碳四植物，而小麦和水稻都是经典的碳三植物。碳四植物和碳三植物的根本差别，是光合作用的化学过程有所不同。

当然，不论是碳四还是碳三，它们的化学反应都非常复杂，我这里只做最简单的描述，你只要简单了解它们的差异就行了。下面这一小段介绍可能会有点儿烧脑，我尽量讲慢一点。

光合作用的核心过程，就是利用光能把水和二氧化碳合成为有机物。这是身为植物的底层核心科技。植物细胞里大部分物质都是水，所以在光合作用的过程中，水不是问题。但是，想让二氧化碳进入细胞，难度就有点儿大了。二氧化碳是气体，总不能包裹成一个气泡送进细胞里去吧。所以，植物光合作用前很重要的一个环节，就是要想办法把二氧化碳给固定下来。

碳三植物的解决方案是用一种含有5个碳原子的化合物来与二氧化碳反应，反应之后能生成两个含有3个碳原子的化合物。所以，我们管这类植物叫作碳三植物。但是碳三植物有一个弱点，就是固碳过程中用到的催化酶，不仅能固定二氧化碳，还能固定氧气。可是光合作用根本就用不着氧气呀，催化酶帮助吸附氧气，就成了帮倒忙的行为，这就导致碳三植物的光合作用效率相对较低。

这还不是最糟糕的情况。如果植物所处的环境温度比较高，或者二氧化碳的浓度比较低，那碳三植物光合作用的效率还会进一步降低，甚至影响植物的正常生长。

碳四植物在固定二氧化碳这件事上，发明了一些新技术。它们采用苹果酸或者天门冬氨酸来固定二氧化碳，在固碳的过程中只会吸附二氧化碳，不会吸附氧气，这就大大提高了光合作用的效率。因为这两种酸都含有4个碳原子，所以它们被称作碳四植物。

碳四植物躲开了有缺陷的催化酶之后，得到了三个重要的优势。

第一，排除了氧气的干扰之后，碳四植物在二氧化碳浓度较低的环境里依然能高效地进行光合作用。这意味着玉米可以种植得更密集，密集当然就意味着更高的产量。

第二，在高温的环境里，碳三植物的效率迅速降低，而碳四植物几乎不受影响。

第三，碳四植物只需要更短时间开启气孔，就能收集到足够多的二氧化碳。这意味着，玉米可以通过减少气孔开放的时间来减少水分的蒸发。换句话说，玉米比小麦和水稻都更省水。

很显然，玉米是一个更高产、更耐热而且更耐旱的农作物品种。

不过，不管玉米如何坚韧不拔，它仍然是人类驯化后的植物。如果离开了人类，玉米在自然界仍然是无法生存的。

我不知道你现在有没有想到玉米无法生存的原因。在上一节咱们讲小麦的时候，我们专门提到过这个原因，玉米的种子在成熟以后，不会自动从植株上脱落。少了种子自动脱落这个重要能力，无论玉米有多么强大，都没办法在自然界独自存活下去。

和我们之前讲过的太多种植物一样，玉米同样来自美洲大陆。在欧洲人到达新大陆之前很久，玉米就已经被美洲的原住民驯化了。根据最近的研究成果，玉米最早是在今天墨西哥中南部的巴尔萨斯河谷地区被驯化的，在随后的几千年里，玉米逐渐传播到了美洲的其他区域(30)。

美洲的印第安人和玛雅人培育了很多品种的玉米，玉米不仅是欧洲人来到美洲前最主要的粮食作物，甚至成为秘鲁地区印加人的代名词(31)。随着欧洲人的到来，玉米又从美洲传播到了全世界，养活了无数的人类。

那么问题就来了，既然玉米也是人类驯化的作物，而且驯化了近万年的时间，为什么玉米就没有小麦和水稻这么娇气呢？

这里面的原因，要从玉米的授粉方式开始说起。咱们上一节讲小麦的时候，曾经把小麦比作一个不能与外界协作、专注于自我研发的创业者。小麦由于自花授粉的特性，特别不容易发生杂交，也不容易得到外部的基因。而玉米的情况正好与小麦相反。它就像是一家特别擅长从外部引入技术的创业公司，时时刻刻都在关注着行业的发展。这正是玉米历经近万年的选育后，依然保持着良好抗性的原因。

玉米的花是典型的单性花。它的雄花高高地长在植株的最顶端，而雌花则长在叶片和茎秆的夹缝里。你在吃玉米的时候肯定注意过，玉米上面有很多根玉米须。其实，这每一根玉米须都是雌花上一根根长长的雌蕊。当玉米雄花的花粉落在雌蕊的柱头上时，花粉粒中的精子就会沿着花粉管进入玉米须另一端的胚珠中完成受精。

可以这么说，玉米棒子上的每一粒玉米，曾经都是一朵花。每一粒玉米都是独立完成授粉的。玉米高高在上的雄花，可以居高临下地把花粉撒播下来。玉米开花的时候，它们的花粉会漫天飞舞，如果能够幸运地落在下面的一根玉米须上，就会长成一粒玉米了。

玉米这种依靠风来授粉的模式，是相当有利于发生杂交的。玉米的花粉在有风的天气里才会散落下来，而随风飘荡的花粉，大概率就会落到其他玉米植株的雌蕊上面。这样，玉米就自然而然地完成了一次基因的交换。

在这种模式下，玉米的植株越高，花粉自然就飞得越远。玉米植株可以长到2～3米高，如果肥料和水分充足，一些个别的玉米植株，还可以长到6米的高度。这样的个头儿，很难让人相信，它们曾经是低矮的狗尾草的亲戚。

高大的树木能够不断长高而不倒下，靠的是不断增粗的树干。而玉米茎秆从结构上就没有逐渐长粗的能力，它们为了能够站得稳固，还发明了一种类似榕树一样的不定根结构。15～30个不定根会从玉米植株接近地面的节上生长出来，然后牢牢地扎入地下。玉米植株之所以能在沙尘暴中屹立不倒，与这些不定根的固定作用是分不开的。

在自然界中，玉米也是一株独苗。它是禾本科玉蜀黍（shǔ）属的植物（每次提到这个属，我都觉得自己在说绕口令），而这个玉蜀黍属里，也就只有玉米这一种植物。换句话说，今天市场上的甜玉米、糯玉米还有专门用来制作爆米花的爆裂玉米，它们都可以算是同一种植物，彼此之间没有生殖隔离。与玉米这根独苗关系比较近的植物，是磨擦草属（Tripsacum）和类蜀黍属（Euchlaena）（绕口令又来了）。这两个属的植物也是单性花。类蜀黍属的植物，开花的时候还非常像玉米，果穗也像是授粉不充分的玉米棒子。不过，它们与玉米的相似之处也就只有这么多了。

玉米容易杂交的特性，导致玉米的各个品种之间总是在不停地进行基因交换。这种频繁交换基因的模式，给科学家出了一个大难题：很难搞清楚玉米的起源问题。

由于欧洲殖民者在殖民过程中，破坏了太多的美洲本土文明遗迹，导致大量美洲印加文明的历史记载已经完全消失在了历史长河之中，就比如把玉米奉为神灵的秘鲁莫切文明。这个文明的遗址在西班牙人统治时期遭到了巨大的破坏，壁画和陶器都被征服者损坏，所以玉米是如何被传播到这里，又在当地文明中扮演什么样的角色，就完全只能靠猜想了。

在很长一段时间内，由于缺少文字记录，科学家搞不清楚玉米的起源，更不知道玉米怪异的长相因何而来。玉米的起源问题，成了20世纪植物学的一场巨大争论。很多的植物学家参与其中，想弄清楚这个世纪难题。

最早开始研究玉米起源问题的是法国博物学家圣伊莱尔（Saint-Hilaire）。1829年，他收到了有人从巴西寄给他的一种独特的玉米，这种玉米每一个颗粒都有坚硬的颖片包裹，就像是玉米和小麦杂交的产物，这种玉米在成熟的时候种子会自然散落。他把这种玉米称为有稃（fū）玉米，并且认为它就是玉米的祖先(32)。

这种观点在很长时间里成为主流观点。但随着基因技术的发展，科学家发现，有稃玉米和普通玉米只有一个单基因的差别。也就是说，有稃玉米其实仅仅是现代玉米一个意外的变异而已。只不过，籽粒脱落是野生玉米最重要的特征，而这个变异又恰好发生在籽粒脱落这个基因上，这才产生了这个误会。有了基因证据之后，有稃玉米是现代玉米祖先的观点很快就被人们抛弃了。

随后，科学家又把目光放在了磨擦草属和类蜀黍属植物的身上，因为作为与玉米最接近的植物，它们一定和玉米有着千丝万缕的联系。1906年，著名的美国植物学家保罗·C.曼格尔斯多夫（Paul C. Mangelsdorf）提出，类蜀黍虽然和玉米差异很大，但玉米最有可能由它驯化而来，这一派学者被称为“杂交派”。但曼格尔斯多夫的观点一提出来，就有了反对意见。在反对派里，名气最大的学者是芝加哥大学的乔治·W.比德尔（George W. Beadle），他认为类蜀黍和玉米一样，都是演化后的产物，两者的关系应该是兄弟而不是父子。应该存在一种已经灭绝或者尚未发现的植物，它是玉米和类蜀黍的共同祖先。后来这种植物与磨擦草属的植物无意间发生了杂交，才产生了玉米和类蜀黍，支持这一派的学者，被称为“单祖派”。

值得一提的是这位比德尔，他最初是和他的同门师姐芭芭拉·麦克林托克（Barbara McClintock）一起研究玉米的，但是后来觉得玉米的课题实在太难了，就放弃了玉米，改行去研究真菌了。比德尔退出以后，就剩下师姐芭芭拉在苦苦支撑。

1939年，在考古证据的支持下，曼格尔斯多夫修正了自己的假说，提出了更为具体的“三成分假说”。在墨西哥和美国南部的农业遗址中，考古学家发现很多玉米穗轴、籽粒、苞叶、叶鞘和雄穗的化石。在这些化石中，夹杂了一部分类蜀黍、磨擦草种子以及玉米与类蜀黍杂交后代的穗轴化石。

根据这些考古证据，曼格尔斯多夫认为，在2500多年前，野生玉米和磨擦草发生了天然杂交产生了原始类蜀黍，而原始类蜀黍又和这种野生玉米发生杂交，产生了今天的类蜀黍和现代玉米。由于得到了考古学证据的支持，“三成分假说”很快就成了当时具有压倒性支持的观点。这也是孤单的芭芭拉最痛苦的一段日子。

芭芭拉之所以不肯放弃，不仅仅是因为她把一辈子都奉献给了玉米。支持她继续研究的原因，是玉米基因的奇怪特性。芭芭拉发现，在玉米染色体中有一些基因片段似乎特别调皮，它们总是会跳来跳去，这次插入这条染色体的某个位置，下次发生复制的时候又跳到另外一条染色体的某个位置。她把这种不听话的染色体称为转座子。她认为，正是转座子造就了玉米和类蜀黍这对难兄难弟。

不过，芭芭拉的理论实在是太过离经叛道，没有人愿意相信基因片段可以在DNA中跳来跳去。很长一段时间，学术界都认为这是研究数据搞错了导致的结果。

一直到1976年，一位新的参与者打破了曼格尔斯多夫“三成分假说”理论的霸主地位，他就是来自威斯康星大学的休·伊尔提斯（Hugh H.Iltis）。

伊尔提斯生于科学世家，他的父亲曾经给孟德尔写过传记，是捷克有名的科学家。伊尔提斯采取的方式，既不是曼格尔斯多夫的农业杂交技术，也不是芭芭拉的基因测序，他采取的是非常复古的解剖学观察。

伊尔提斯的团队解剖了无数的玉米和类蜀黍的花序结构，当基因证据不足的时候，他回归了分类学的本源，就是两个物种的定义，他把类蜀黍和玉米划为一类，两个属合并成为一个广义的玉蜀黍属。他认为类蜀黍是玉米的一个变种，更倾向单祖派。由于伊尔提斯的工作非常严谨和扎实，一时间连曼格尔斯多夫也拿不出更多的证据反驳他。

渐渐地，科学界也开始逐渐倾向于芭芭拉的单祖派理论。其中很重要的原因，在于芭芭拉对玉米转座子的发现被越来越多的学者认可。人类终于知道，基因并不是那么规规矩矩的，它们还能在DNA中跳跃。1983年，芭芭拉凭借着转座子的发现，终于拿到了诺贝尔生理学或医学奖。

芭芭拉拿到诺奖的时候，曼格尔斯多夫也已经人到暮年。眼看自己一辈子的研究最终被彻底否定，他心中的不甘自然也是不言而喻的。临退休前，他把杂交派的衣钵交给考古背景出身的女学生玛丽·尤班克斯（Mary W.Eubanks）。玛丽原本研究的方向正是美洲考古，在曼格尔斯多夫的影响下，她开始对玉米的起源问题燃起了兴趣。

玛丽认为，只要她能够通过杂交证明类蜀黍能产生玉米的形状，就至少能够证明，杂交理论仍然是走得通的。经过十几年的努力，她利用类蜀黍和磨擦草杂交，终于成功得到了类似玉米一样的果穗。杂交派终于绝地反击，再一次成为玉米起源的主要假说。也就是说，玉米与类蜀黍有一个共同祖先，而这个祖先在与磨擦草杂交后分别形成了玉米和类蜀黍。玛丽的成功，圆了曼格尔斯多夫一生的梦。但遗憾的是，曼格尔斯多夫在1989年去世，他没有等到玛丽的论文最终发表。(33)

玛丽的论文并不是这场争论的终点，事实上，这场争论直到今天仍在继续，每隔一段时间，就会有新的证据被发现，理论也会随之调整。这就是科学的魅力，科学永远不会故步自封，也永远不会是不变的真理，它不过是现有证据支撑起来的一座大厦。每一位科学家毕生的追求其实都是要击碎这座大厦，然后用新的证据在废墟上重建它。

这场持续百年的争论，让一位科学家曾经感慨地说道，玉米“没有出生证明就拿到了护照”(34)。搞清玉米起源问题的最终目的，还是希望玉米能更好地为人类服务。在玛丽成功之后，类蜀黍属和磨擦草属已经成为杂交玉米最常规的母本作物了。

今天，全球约有60万平方千米的土地种植着玉米。它的种子养活着大量的人口，是粮食安全的重要保障；玉米秸秆做成的饲料，为肉类安全提供着有力的支撑；玉米还是生物燃料的重要来源。如果真的到了末日，玉米还真有可能拯救人类的命运。

当然，我更希望《星际穿越》里的末日景象永远不要来临，因为假如真的出现那种情况，即使强大如玉米的植物，最终也会无法生存。

这就是关于玉米的故事，下一个小节里，我要给你换换口味，说一说水果和鲜花。

第五节　蔷薇，花开两朵，各表一枝

2019年7月6日，超过10万名旅游者涌进了只有1万多常住人口的小城特拉弗斯，这让平常安静祥和的农业小城特拉弗斯突然间变得热闹非凡。

在位于小城中心区酒店巨大的宴会厅里，聚集着数百名热情的观众。在悠扬的音乐声中，几位身着白色长裙的美女陆续进入会场。每一位美女的身边，都有一位帅气的警卫队卫兵陪伴着。她们微笑着向宴会厅里的观众挥手，在警卫队卫兵的引领下绕场一周。这似乎是一场选美比赛。

经过问答、演讲等几个环节之后，评选结果出来了。一位名叫塞拉·摩尔的19岁姑娘力压群芳，成了本届比赛的冠军。不过她最终得到的头衔与选美比赛有些不同，她被献上鲜花、戴上王冠，成为2019—2020年度的樱桃女王。

这个樱桃女王的评选活动，是一年一度美国樱桃节中最重要的一个传统项目。从1925年开始，特拉弗斯市就开始在樱桃节上为一位樱桃女王举行加冕典礼。除了1927年的美国大萧条、第二次世界大战和2020年的新冠肺炎大流行以外，这个樱桃女王的加冕活动从未间断过。

刚刚故事里的这位樱桃女王——塞拉·摩尔，她得到的可不仅仅是一个女王的头衔而已，从她被加冕开始，她就成了特拉弗斯市的形象大使，肩负起宣传樱桃产业、弘扬樱桃文化的重任。

特拉弗斯市位于美国的密歇根州，是美国最重要的樱桃产区，也是美国国家樱桃节的永久主办地。樱桃节从每年7月的第一个星期六开始，会持续一周的时间，在这一周里，特拉弗斯市通常要接待50万名游客。除了为樱桃女王加冕以外，还会选出一位男孩和一位女孩，成为樱桃王子和公主，还有乐队花车、狂欢夜等丰富的活动供游客消遣。

在活动期间，几乎每一位特拉弗斯市的居民，都会成为活动的志愿者参与到活动中来，全体市民会在紧张愉快的氛围中，一起度过一个星期的时光。特拉弗斯市之所以这么下血本，不仅仅是为了旅游业的收入，更重要的是，从樱桃节开始，这里生产的甜樱桃和酸樱桃就要坐上飞机，运往全国各地了。

根据联合国粮农组织的数据，美国的甜樱桃产量排名世界第二，酸樱桃产量排名世界第五，但美国却是世界第一的樱桃消费国。他们喜欢在各种各样的甜点里加入甜樱桃，在各种菜品、馅饼里加入酸樱桃。至于酸樱桃汁，几乎就是万能的调味品，只要你想这么做，在任何菜品里加一点儿都没有问题。

特拉弗斯是美国最重要的樱桃产区，这里包揽了全美70%的樱桃产量。特拉弗斯市的北面是风景优美的密歇根湖。巨大的湖区可以在炎热的夏季给樱桃园带来清凉，而到了冬天，又能帮助抵御来自北冰洋的寒流，特别适合樱桃的生长。

然而，爱吃樱桃同时也会种樱桃的美国人，并不能改变樱桃并非美国本土植物的事实。16世纪的时候，樱桃与早期的北美移民一起到达美洲。到了18世纪，樱桃树已经成为有地位的绅士在花园中必须栽种的树种之一。你大概听说过美国总统华盛顿在童年时代用小斧子砍倒樱桃树的故事吧，不管这个故事是不是真的，都从侧面说明了樱桃树在美国人心目中的重要地位。

不过，中国人对美国出产的樱桃并不买账。中国人一直都认为，美国出产的樱桃根本就不算是樱桃，我们甚至不愿意用美国樱桃来称呼它们，干脆给它们起了一个新名字——车厘子。虽然我们可以说，英语里樱桃的复数就是cherries，音译过来就是车厘子，但对于很多吃货来说，樱桃是樱桃，车厘子是车厘子，它们大小不一样，味道也有不小的差别。

你还别说，这一次，吃货的直觉是正确的。我国土生土长的樱桃与美国进口的车厘子还真不是一个种。我国本土的小樱桃学名叫作毛樱桃，它起源于我国的喜马拉雅地区(35)。而车厘子的学名叫作欧洲甜樱桃，它起源于西亚地区和黑海沿岸(37)。

虽然车厘子个头儿更大，果肉更多，但是还是有很多人非常怀念甜度高、香味浓的本土樱桃。吃货们常常评价说，车厘子吃起来其实没有樱桃的香味儿，光是个头儿大有什么用？图个头儿大，还不如去吃李子呢。

很不幸，这回又一次被吃货言中了。无论是本土樱桃还是车厘子，都是蔷薇科李属的成员。不太精确地说，樱桃还真的就是一种小号的李子。下次你再吃李子的时候，可以好好观察一下，你会发现李子的果实结构，确实就是樱桃的放大版。

樱桃所在的蔷薇科，简直就是水果界的扛把子。我们可以毫不夸张地说，蔷薇科出产的水果，绝对是所有科属中最多的。随便说几种—苹果、梨、桃子、李子、杏、梅子、樱桃、山楂、海棠，这还不算小品种，就已经一大堆了。还有些水果，它们也是蔷薇科的水果，但你可能从来都不知道。比如说，枇杷其实是苹果的近亲，也是蔷薇科的水果。草莓、覆盆子、蛇莓、树莓这些传统上被分类为浆果的水果，其实也是蔷薇科的水果。

蔷薇科植物出现在地球上的时间，大约是距今5300万年前的始新世。作为代替裸子植物的新兴植物代表，蔷薇科与菊科、豆科这些我们曾经讲过的植物一起，开始逐渐占据了陆地。科学家在加拿大东南部和美国的东北部，发现了迄今最早的蔷薇科植物(38)。蔷薇科植物从北美洲开始，逐渐向全世界扩展。几乎在全世界的每一个角落，我们都能发现蔷薇科植物的身影。

蔷薇科是一个大科。现在已知的蔷薇科植物，有3300多种，它们分布在120多个不同的属当中，这还不包括大量经过人类驯化的园艺品种。那么，怎么才能分清楚蔷薇科的植物呢？在这里，我可以告诉你一个粗糙但是非常有用的理解蔷薇科植物的小窍门。

根据现代基因分类学(39)，科学家把蔷薇科分成三个亚科，分别是仙女木亚科、桃亚科和蔷薇亚科。仙女木亚科由于受到寒冷天气的影响，形态和习性都过于特殊，这里我们暂且不提，咱们单独说说桃亚科和蔷薇亚科。在所有的蔷薇科植物里，如果它们的果实只有一粒种子，类似樱桃、李子或者桃，那么它们就归属于桃亚科。如果它们像苹果、梨或者海棠一样，在一个果实里藏着不止一颗种子，那么它们就归属于蔷薇亚科。就这么简单。如果你想问，草莓呢？草莓该怎么分类？一样地，数数草莓的种子，就知道草莓属于蔷薇亚科了。

关于草莓，我还想多说两句。虽然用种子的数量来区分草莓的分类是可行的，但草莓还是有它的特殊之处。草莓诱人多汁的果肉，其实并不是它的果实，而是它膨大的花托。草莓真正的种子，是它表面上一粒一粒类似芝麻的东西。

正是由于草莓拥有甜美的花托和细小的种子，所以不管是人还是动物在吃草莓的时候，都不会细嚼慢咽，那些细小的种子自然就随着草莓美味的花托被吞进肚子。草莓的种子看起来又小又弱，但却非常牢固。它们不仅能安全地穿过动物的消化道，甚至还能抵抗牙齿的轻微咬伤。草莓的策略就像是派发免费广告商品的创业者，只要消费者贪图便宜，收下了广告商品，他们就会成为免费的广告宣传员。

苹果、海棠这些分属于蔷薇亚科的水果，它们的种子传播策略与草莓有很多相似之处。你可以回忆一下你吃苹果时的情形，苹果的种子藏在果实最中心的部位，每个苹果里面，都有很多粒个头儿不大的种子。苹果的种子外部，包裹着一层纤维素质地的果壳。这些果壳并不坚硬，它们的作用也并不是防止被咬碎，而是要保护种子安全地穿过动物的消化道。只要这些种子不被消化掉，就有发芽的希望。

这类策略的关键之处，就是要准备好足够肥厚的果肉，用来贿赂前来觅食的哺乳动物们。果肉与种子的体积差异越大，它们的种子就越不容易被哺乳动物们嚼碎。

桃亚科水果，比如桃、杏、李子和樱桃，它们的策略会略有不同。所有桃亚科水果的果肉下面，都包裹着唯一一颗坚硬的种子。这些种子有着非常厚而且坚硬的硬壳，即便是樱桃的种子，也不是随随便便就能咬开的。而且，即便有些哺乳动物咬开了它们的种子，等待它们的也是剧毒的氰化物。大多数的氰化物都会散放出一股特殊的苦杏仁味儿，哺乳动物会牢牢记住这种味道，然后尽量避免破坏它们的种子。这也正是植物期待的效果。

咱们前面讲辣椒的那一节里曾经说过，辣椒选择了与鸟类共生，让鸟类帮它们传播种子。为了赶走哺乳动物，辣椒逐渐产生了辣味。而没有辣味受体的鸟类，则完全不会受到辣味的困扰。鸟类不仅没有辣味受体，也没有感受甜味的能力，所以辣椒完全不需要在果实中积累糖类物质来取悦鸟类。

蔷薇科的水果们有些不太一样。它们欢迎鸟类，也不拒绝哺乳动物，这就为传播种子买了一份双保险。但是，大部分的哺乳动物都无法分辨红色，想要吸引哺乳动物，靠把自己变红肯定是不够的。蔷薇科水果的策略就是，把自己变成有甜味的食物，这样哺乳动物就有兴趣吃它们了。

方案定了，但是想要实现变甜的目标，还是不太容易。积累糖分是一个很漫长的过程，没办法一蹴而就。如果等到它们的种子成熟再开始积累糖分，那时间上肯定来不及。如果从一开始就积累糖分，那就有提早被哺乳动物吃掉的风险。

只要演化的岁月足够长，办法就总比困难多。很多水果都先后独立地演化出用酸味遮盖甜味的特殊技巧。

很多人都以为，水果的口感越甜，含糖量自然就越高，这个理解是错误的。假如我们把100克的香蕉和100克的山楂进行比较，如果问你这两种水果中哪一个糖分更高，相信你大概率会选择香蕉，而不是山楂。毕竟直觉告诉我们，香蕉是口味香甜的水果，而山楂则酸得我们睁不开眼睛。但是，进行了含糖量检查之后，却发现事实并非如此。根据测算，100克香蕉中糖类物质的占比大约是15克，而山楂则有25克，足足是香蕉的1.7倍。(40)

决定一种水果的口感是甜还是酸，除了含糖量以外，更重要的指标叫作糖酸比，也就是水果中还原糖和有机酸的比例关系。调整果实中的有机酸浓度，可比快速积累糖分容易多了。当种子成熟的时候，这些水果就会分解掉果肉中的有机酸(41)，这样，水果就能在很短的时间里由酸变甜了。

我们能够品尝到酸味，原因是我们拥有感受氢离子浓度的酸味受体。这个受体的存在，本质上是为了避免我们吃下高腐蚀性的食物。逃避酸味几乎是所有哺乳动物共同的本能，水果中的有机酸，可以有效解决种子在成熟之前被哺乳动物吃掉的问题。

人类也是哺乳动物中的一员，但在对待酸味的问题上，人类是个特例。在培育蔷薇科植物的过程中，我们不仅没有试图彻底消除水果中的酸味，还特地培养了数量不少的酸味水果，比如山楂、海棠、酸梅和酸樱桃。这些选育出来的酸味水果，已经酸到了其他动物都不吃的地步。不过，与其他哺乳动物有所不同的是，人类除了采摘和食用蔷薇科植物的果实，还会欣赏它们的花。

我们在蔷薇科植物中，培育了相当多的赏花品种，梅花、樱花、桃花、海棠花都有相当复杂的园艺品系。但是，人类为什么要赏花呢？这是一个看似简单但深究起来相当令人迷惑的问题。

成书于我国先秦时代的《诗经》中，就曾有过赠送鲜花的记载。一项考古证据表明，早在14000年前，人类的祖先已经学会把采摘到的鲜花编织成花环，放在死者的周围，作为悼念死者的一种仪式(42)。古埃及、古巴比伦、古希腊在同一时期也都产生了送花的传统。

1993年，人类学家杰克·古迪（Jack Goody）在论文中提出了他的观点。古迪认为，人类之所以喜欢花，是因为鲜花具有“难以持久”和“需要付出代价才能获得”这两个特点，而这两个特点正好是奢侈品的属性。(43)

中国现代美学的奠基人朱光潜教授，曾经提出过“无用之用”的美学观点。朱光潜认为，美的东西，必须是没有实用价值的。如果过于实用，人们就会去关注它的实用价值，而忽视美的一面。而美又不能是完全无用的，完全无用的东西，也无法引起人类精神层面上的共鸣。

无独有偶，从演化生物学的角度来看，朱光潜教授的观点确实是有生物学理论支持的。演化生物学的观点认为，如果我们找到了有用的东西，身体就会分泌多巴胺来奖励自己，以便帮助我们记住这些有用的东西。如果某个东西现在没用，而未来可能会派上用场时，身体也会分泌多巴胺进行奖励。这就是审美的愉悦感。

鲜花正是当前无用而未来可能有很大用处的典型代表。对于蔷薇科的植物来说，看到了开花，就意味着在未来的几个月里，这里可以采到果实。花朵与果实之间明确的因果关系，完全可以让产生审美愉悦的个体具备某种生存优势。久而久之，当这种能力被写入基因，我们就会觉得所有花朵形状的物品都是美的了。

曾经有一份研究表明，新生婴儿最关注的是人脸和表情，其次，对花朵形状的物品也会有额外的关注。这项试验从侧面为人类天生就爱花的观点提供了佐证。

不过，从未来有用的东西上感知到美，这仍然只是一种观点而已。到目前为止，我们还没有确切地在我们的DNA中找到审美基因存在的证据。

而且很有趣的是，人类对于蔷薇科花卉的培育，恰恰是不遵循“未来有用”这条原则的。就拿樱花来举例吧，如今的观赏樱花种类繁多，但基本可以分为早樱、中樱和晚樱三大类。这些樱花会开花，当然也会结果，只不过，它们的果实不仅很小，而且口感也是又苦又涩，毫无食用价值。这样，樱花在人类的多年选育下，不就真的变成了仅供观赏、未来也毫无用处的植物了吗？

比樱花更加无用的两种蔷薇科花卉是桃花和梅花，观赏桃花和梅花都无法结出可供食用的果子。当我提到桃花和梅花的时候，估计你的脑海里不太可能想到桃子和酸梅，你想到的应该是一片粉红色的花海。

桃花和梅花有一种很神奇的现象，叫作跳枝。跳枝的意思是说，在同一株桃花或者梅花上面，有可能会产生两种不同颜色的花朵，而且这种花朵颜色的变化完全没有规律可言，很有可能今年在一根枝条上出现半白半红的颜色，但是明年这种现象又出现在另外一根枝条上。因此，这种现象才有了一个跳枝的名称。

除了桃花和梅花，在海棠、苹果等蔷薇科植物的花朵上，也观察到过跳枝的现象。甚至专门有一种名贵的梅花，名字就叫作复瓣跳枝，这是一种一定会出现跳枝现象的高档梅花。

南京农业大学的一项研究表明，跳枝现象与植物开花前细胞分裂时蛋白质的转录过程有关。一些环境的胁迫因素会影响蛋白质的表达，从而产生了这种有趣的现象。(44)也正是由于跳枝现象，让赏花更多了几分乐趣。

比梅花、樱花、桃花这些专门用于观赏的蔷薇科植物更无用的，可以算是月季、玫瑰和蔷薇了。在人类眼里，月季、玫瑰和蔷薇都是纯粹的赏花植物，虽然它们也会结出结构类似苹果的小型果实，但人类从来都没有打过吃掉它们的主意。

由于这三种类似的植物之间没有生殖隔离，为了培培育出更多更迷人的花卉，育种家把能够找到的所有品种都进行了充分的杂交。在如今的市场上，想要准确分辨月季、玫瑰和蔷薇已经不太可能。按照传统的区分方法，月季顾名思义是月月开花，花期持续时间长，并且开花时间不固定，而玫瑰和蔷薇一般是夏季开花；在香味上，玫瑰最香，月季次之，蔷薇香味最淡；从形态上分，月季和玫瑰一般都是直立生长，而蔷薇则是攀缘植物。(45)

不过，当你真的去花卉市场的时候，恐怕依然分不清它们三者的区别，因为花卉市场里，往往把所有的鲜切花都叫作玫瑰，把所有的盆花都叫作月季，而蔷薇则是它们的统称。

如果“未来有用”的审美理论是正确的，纯粹的赏花行为就成了人类凭借理性的力量，再一次从基因的束缚中挣脱出来的又一个案例了。在与蔷薇科植物协作共生的几千年里，人类极大地发挥了我们的主观能动性。我们不仅创造出了一大堆美味的水果，还为自己创造出了一片烂漫的春天。

(1)　 [以色列]尤瓦尔·赫拉利：人类简史，林俊宏译，北京：中信出版社，2017年，78.

(2)　Huang S et al.(2002) Genes encoding plastid acetyl-CoA carboxylase and 3-phosphoglycerate kinase of the Triticum/Aegilops complex and the evolutionary history of polyploidy wheat.Proceedings of the National Academy of Sciences.99:8133–8138.

(3)　Huang S, Sirikhachornkit A, Su X et al, Genes encoding plastid acetyl-CoA carboxylase and 3-phosphoglycerate kinase of the Triticum/Aegilops complex and the evolutionary history of polyploidy wheat. Proceedings of the National Academy of Sciences ．2002． 99:8133–8138.

(4)　Faris J D ．Wheat Domestication: Key to Agricultural Revolutions Past and Future[2013-11-7].Springer Link.https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-94-007-7572-5_18

(5)　王月福，杜金哲，梁作正．不同种小麦碳素同化、运转和分配的比较研究[J]．莱阳农学院学报，2006（02）:30-34.

(6)　[英]艾丽丝·罗伯茨：驯化，李文涛译，兰州：读者出版社，2019年。

(7)　陈建新：当代中国科学技术发展史，武汉：湖北教育出版社，1994年，609-610.

(8)　http://www.wheatgenome.org/News/Media-resources/Fact-Sheets-Infographics/Wheat-A-Key-Crop-for-Food-Security

(9)　Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome.[J]．Science (New York, N.Y.), 2018.https://science.sciencemag.org/content/361/6403/eaar7191

(10)　目前史学家对王玄策平定中天竺还有一些争议，不过根据《旧唐书》《法苑珠林》等古籍记载，还是可以确定王玄策击败摩揭陀帝国叛臣阿罗那顺的事实，详见：黄思强．大唐天竺使王玄策事迹研究[D]．广西师范大学，2008年。

(11)　根据《旧唐书》第一百四十八回《西戎传·天竺》记载。

(12)　History of Sugar Making Life Sweeter Since 8000 BEC. The Sugar Association. https://www.sugar.org/sugar/history/

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(17)　葛维钧：糖史——季羡林学术著作选集，北京：新世界出版社，2016年，253-254.

(18)　杜君立：新食货志，北京：北京联合出版公司，2019年。

(19)　O'Callaghan T. Sugar on trial: What you really need to know.果壳网翻译.https://www.guokr.com/article/438084/2014

(20)　代斌：快乐心灵的心态故事，北京：北京燕山出版社，2008年。

(22)　The History of the Use of the Tomato.https://www.biodiversitylibrary.org/page/20101657

(23)　冯明好．美国1883年关税法及其影响[J]．青年文学家，2011（7）:230-230.

(24)　徐双华．历史上的西红柿案件[J]．服务科技，1998年.

(25)　冯大诚．水稻和小麦为什么不如玉米高产？新浪博客.http://wap.sciencenet.cn/blog-612874-1257254.html?mobile=1

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(27)　刘小丹，杜妍，任军等．2019年美国玉米高产竞赛简报[J]．玉米科学，2020（4）:56-60.

(28)　国家统计局：中国统计年鉴2020，北京：中国统计出版社，2020年。http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2020/indexch.htm

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(30)　Brown W,Zuber M,Darrah L,et al. Origin, adaptation, and types of corn. 1985.

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(34)　Eubanks M. The Mysterious Origin of Maize. Economic Botany. 2001, 55（4）:492–514.

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(37)　张力思．甜樱桃的起源、分布及栽培现状[J]．北方果树，2000（04）:31.

(38)　DeVore, M. , Pigg, K. A brief review of the fossil history of the family Rosaceae with a focus on the Eocene Okanogan Highlands of eastern Washington State, USA, and British Columbia, Canada. Plant Syst.Evol. 2007, 266：45–57.

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(41)　罗玉梅，王贺振．山楂的化学成分及药理研究进展[J]．时珍国医国药，2004（01）:53-54.

(42)　Dani Nadel：《史前已有葬花人》.[2013-7-18].科学网论文.http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20137181415894729 434.shtm

(43)　Jack Goody . The Culture of Flowers. Cambridge, UK:Cambridge University Press. 1993.

(44)　吴欣欣．“复瓣跳枝”梅花瓣呈色相关蛋白质组与转录组分析[D].硕士学位论文，南京农业大学，2014年。

(45)　吕恺，余娟．月季、玫瑰和蔷薇，到底哪不同[EB/OL]（2015-06-02）[2015-06-02]．http://www.wbg.cas.cn/KPPJ/hbsjt/201506/t20150602_4366938.html

第六章　意外的启发

第一节　植物胶水，开启人类文明的重要发明

1833年2月，春寒料峭。在美国费城的天空中，低矮的乌云正在默默酝酿着一场春雪。在费城德拉瓦河沿岸的郊区，矗立着一座四四方方的白色小楼，这里是专门为破产和还不起债务的人们准备的债务人监狱。

33岁的查尔斯·古德伊尔在十几天前被关进了这家债务人监狱。他面容憔悴，瘦骨嶙峋，苍老的样子与他的实际年龄很不相称。在查尔斯的面前，悬挂着一口小锅，锅里煮着一些类似牛奶一样白色的液体。查尔斯瞪着充满血丝的眼睛，紧盯着小锅里的液体，炉火的热量，让他几乎冻僵的双手暖和了一些。

过了一会儿，查尔斯突然自言自语地说：“是时候了。”他把事先准备好的一小包黄色粉末撒进了小锅，然后用一根木棍搅拌起来。随着搅拌，锅里的白色液体开始变得黏稠起来，颜色也逐渐转变成土黄色。查尔斯把小锅从炉子上端下来，随着温度的降低，锅里的东西也逐渐冷却成型。

冷却后的东西颜色又变深了一些，看起来就像是一块弹性十足的胶皮。查尔斯把胶皮从锅里拿出来，放在了窗口。与其说是窗口，不如说这只是监狱牢房通往外面的一个正方形的墙洞。墙洞的外侧，钉着密实的栏杆。

第二天早上，查尔斯拿起昨晚放在窗口的胶皮仔细察看。他发现，昨晚还柔软且富有弹性的胶皮已经彻底被冻硬了。他叹了一口气，不知道哪里来的力气，让他把胶皮狠狠摔在了地上。冻硬的胶皮变得很脆，一落地，就被摔得四分五裂。

在过去的三年里，查尔斯·古德伊尔已经多次因为债务问题被关进这家债务人监狱。而让他反复破产的原因，正是小锅里煮着的白色液体。当时的查尔斯还不知道，距离他的实验大获成功，还需要再经历整整六年的磨难。

也许你对查尔斯·古德伊尔这个名字有些陌生，但你一定听说过世界三大轮胎制造商之一的固特异轮胎。固特异这个品牌，就是为了纪念硫化橡胶的发明人查尔斯·古德伊尔。锅里煮着的白色液体，就是天然橡胶。

植物之所以要生成白色的乳汁，是为了抵御真菌、昆虫以及其他动物的侵袭。不过，今天咱们要从人类的角度，看一看这些植物乳汁的神奇特性。

天然橡胶在橡胶树体内的时候，是橡胶树营养物质的载体，所以，它们必须以可以流动的液态形式存在。但当这些乳汁流出来的时候，又必须变成固态，这样才能堵住植物表皮的破损，为伤口提供保护。

你有没有觉得天然橡胶的这个特征，与我们平常经常接触的一种东西有些相似？没错，就是胶水。天然橡胶给人的感觉与木工用来黏合木料的白色乳胶漆非常相似。大多数时候，我们会尽量避免用手去接触那些黏糊糊的东西，比如米粥、果汁、蜂蜜、肉汤，这些东西一旦粘到手上，就必须洗手才能彻底弄干净。

但是，很有意思的是，当我们的手触碰水的时候，水也会立即沾在我们的手上。如果用湿漉漉的手去触碰地上的灰尘，灰尘也会立即沾上来。那么，为什么我们不会觉得水是黏的呢？原因在于，水是依靠表面张力沾在手上的，当水彻底蒸发之后，我们的手与灰尘之间，就缺少了提供黏性的物质，灰尘自然也就沾不住了。

胶水与水不同的地方，是它们在干了以后还会留下一些固态的物质，正是这些物质，在液态的时候渗入物质的内部，让被黏合的两个物体长久地粘在一起。这些固态物质与被黏合的物体结合得越紧密，自身强度越大，两个物体就粘得越牢固。

橡胶能保护受伤的橡胶树

包括你我在内的大部分的现代人，对胶水的作用都是低估的。其实胶水这类物质，对于人类文明的影响，远比你想象的要重要得多。如果你曾经参观过博物馆的古代人类展厅，肯定看到过石器时代的人们打造的石斧、石刀和石矛。但是，你有没有想过，石器时代的人们，是怎么把打磨好的石器固定在木棒上的呢？

在很长一段时间里，古人类学家都很草率地认为，古人用了一些柔韧的藤条，把石斧和石矛捆绑在木棍上。但是，我敢保证，这些古人类学家们并没有亲自尝试过打磨一件石器，更没有把石器绑在木棍上的经验。如果他们真的这么做过的话，他们一定会发现，想用柔韧的藤条把石头和木棍牢牢捆在一起而不会脱落，是一件多么困难的事情。

直到多年以后，一个意外的发现，改变了古人类学家对制造石斧的看法。

1991年9月19日，来自德国的西蒙夫妇正在意大利北部的奥茨塔尔冰川上攀登。忽然，西蒙夫人看到了前面的冰川上似乎躺着一个人。西蒙夫人说：“一定有登山者遇难了，咱们赶紧过去。”

当他们夫妇二人来到近前时，立即发现了不对劲的地方。躺在冰川上的人身上穿着古老而且奇怪的兽皮衣服，他身上背着弓箭，手里还紧紧握着一把斧子。遇难者裸露在衣服外面的皮肤早已经干枯，看起来已经死去很久了。西蒙夫妇看到这种情况，当即决定报警。

对尸体的鉴定结果让大家都傻了眼，原来这位遇难者根本就不是现代人，他在这片冰原上已经躺了5000多年。这就是迄今为止在欧洲发现的最古老而且保存最完整的古代人类遗体。考古学家用发现他的位置给他起名为“冰人奥茨”(1)。

“冰人奥茨”显然是一名装备精良的战士。他头戴熊皮制成的帽子，身穿羊皮外套，他的鹿皮鞋子里还垫着一层柔软的草。最让科学家吃惊的是奥茨手中紧握的斧子。斧子的斧柄是用杉木制成的，斧头是铜质的，而捆绑斧头和斧柄的皮带，竟然是用胶水粘在斧头上的。冰原的寒冷让捆绑斧头的皮带出人意料地没有腐烂，这也让人们意外地发现了古代人类把武器固定在木棒上的特殊方法。

如果没有武器，人类就很难狩猎大型猎物。如果无法狩猎大型猎物，人类就不可能有足够的能量去发育我们的大脑。古老的胶水，竟然成了古人类演化和发展的里程碑式的技术。

那么，生活在几十万年前的更加古老的人类，他们又是如何固定石斧和木棒的呢？难道，也是靠胶水吗？胶水的历史到底有多古老？这是一个很值得追问的问题。

2017年，荷兰莱顿大学的古人类学家保罗·科佐维克和他率领的研究团队(2)，在位于德国境内的一处尼安德特人遗址中，找到了一些石器。这些石器表面上残留着一些黑色的焦油。科佐维克团队研究后的结论是，这些黑色的焦油是尼安德特人用于黏合石矛和木棍的黏合剂。尼安德特人先用焦油把石矛和木棍黏合起来，然后立即在上面缠上藤条。有了这些黏合剂的帮助，石矛和木棍才能结实地固定在一起。

为了证实自己的猜想，莱顿大学的研究人员还尝试重现了尼安德特人制造焦油的过程。他们把白桦树皮紧密地卷成一卷，然后放在火堆上慢慢烘烤，不要让它燃烧。白桦树皮受热之后，就会释放出黏稠的焦油。通过反复尝试，研究人员还找到了另外两种从白桦树皮中获得焦油的办法，这些办法虽然比直接用火烘烤复杂一些，但能够获得更多的焦油。他们认为，提取这些天然植物胶水的方法，是生活在20万年前的尼安德特人最重要的狩猎技术之一，没有胶水，就没有能够战胜大型猎物的长柄武器。

有趣的是，现代智人使用胶水的考古学证据只能追溯到7万年前，这比尼安德特人开始使用胶水要晚得多。研究人员猜测，智人使用的胶水，有可能是从尼安德特人那里学来的，更有可能是一项完全独立的发明。在古代人类使用火的过程中，发现被火烘烤的桦树皮可以产生焦油的秘密是不难的。

除了桦树，还有很多树种也会产生类似的物质，我们现在把这类物质统称为树脂。大多数的树脂，闻起来都会有一些特殊的香味。树脂的味道之所以是香的，是因为这些具有挥发性的化学物质对很多害虫都有驱避作用。几乎所有能够驱虫的植物，在我们人类看来都是香的。敌人的敌人就是朋友，这个道理在我们的文章里已经讲过很多次了。

对于不同的植物，它们分泌的物质成分也有所不同。比如，对于松树来说，它们会分泌出一类叫作萜（tiē）类化合物的物质。萜类化合物大部分具有不饱和双键、醛基、羟基等官能团，这让它们一旦暴露在空气中，就容易发生氧化，凝结成透明或者半透明的固体。

乳香树、没药（mò yào）树、苏合树等树种，它们也具有能够凝固的树脂，而且树脂的香味非常特别。熟练的香料师傅，只凭气味就能辨别出这些树脂来自什么树种。在古代，香味独特且光泽透明的树脂会被当作稀有香料收集起来，是深受女性青睐的高级奢侈品。

为了收集这些香料，人们常常故意割破树皮，让树脂流出来。但是非常有趣的是，人工采集的树脂，与自然形成的树脂，待遇是不同的。在香料市场上，哪些自然形成的树脂比人工割破树皮产生的树脂更昂贵。香料师傅也声称，由于气味的不同，能很容易地区分出一块树脂是自然形成的还是人工割伤制造的。

自然的比人工的更好更贵，这个说法很值得警惕。因为那些专收智商税的保健品公司，也常常打着野生、自然的旗号来兜售他们的产品。那么，人工采集的树脂与自然形成的树脂味道不同，这到底是一个事实还是一个收割了几百年智商税的骗局呢？

没有测量就没有科学。这事到底是真是假，测一测就能知道。研究人员测量松树树脂中的化学物质含量后吃惊地发现，人工割伤产生的松树树脂，与一部分自然形成的树脂比较，化学成分确实是不同的。进一步研究发现，这种化学成分的差异，与是否人工割伤并没有关系，而是松树识别出了外界伤害的类型。

当伤害仅仅是意外造成的外伤时，松树就只分泌出一些化学结构简单的单萜化合物，这些单萜化合物成分简单，凝固更快，维持分泌的时间也比较短。而一旦松树受到的伤害来自害虫时，它就会释放出更多的挥发性物质，这时候的树脂凝固速度会慢一些，分泌树脂的量也会更多。这样，害虫就更有可能被赶走，甚至被树脂包裹住。

研究人员猜测，可能害虫咬噬这种缓慢持续的伤害，让害虫暴露了自己的身份。大部分的天然树脂，都是害虫咬噬造成的。这项研究给天然树脂正了名，天然树脂的气味比人工割伤制造的树脂更香，还真的不是智商税。(3)

在虫害严重的年份，松树会持续分泌大量的松脂。它们会顺着松树的树干流淌，甚至会从松枝上滴落下来。它们很容易就会把植物种子、叶片、昆虫，甚至是小型哺乳动物包裹起来。凝固之后的松脂，有着极为稳定的化学性质，可以放置上亿年的时间而不腐坏。久而久之就会形成一种特殊的化石，其中透明的化石叫作琥珀，而不透明的那些则叫作蜜蜡。

松脂虽然黏稠，但它并不是合格的天然胶水。这是因为松脂在凝固以后质地会变得很轻而且易碎，虽然它们可以牢牢地附着在其他物体上，但自身强度的不足，让它只能黏合一些轻巧的小物件。

尼安德特人用来黏合武器的桦树树脂是一种酚类化合物和松节油的混合物。当松节油挥发掉之后，剩下的固体物质就变成了一种黑色的硬质焦油。它的黏合度大到足以把石头质地的长矛、藤条和木棍黏合在一起。

另外一种足以匹敌酚类化合物的天然胶水是淀粉。古代中国人常用的糨糊就是淀粉制成的，如果在糯米浆中混入熟石灰和粗砂，还能做成强度不亚于水泥的糯米砂浆。明代长城和很多帝王陵寝，就是用糯米砂浆作为凝胶材料的。

还有很多地方都要用到胶水。比如，绘画用的颜料，就是胶水和颜料粉末混合在一起制成的“彩色胶水”。当“彩色胶水”干燥之后，颜料就被牢牢地粘在了纸上。用于制作这种胶水的物质，是一种以高分子多糖类化合物为主要成分的树脂。产自非洲的阿拉伯树胶和我国的桃胶都是这类树脂。

由于多糖类化合物没有任何毒性，可以食用，所以这类树脂就成了最常用的食品添加剂和乳化剂。这类树脂在溶于水后，可以破坏水分子的表面张力，让饮料中的食物颗粒充分乳化，不易沉淀。它们还可以用来制造各种糖果。你可以把我们平常吃的硬糖和软糖，都看作一块凝固后的天然胶水。

你肯定知道，把曼妥思薄荷糖放进可乐，就会导致可乐剧烈喷发。这个现象背后的原理，就是曼妥思薄荷糖中的多糖类树脂溶解在水中，破坏了水分子的表面张力，导致可乐中的二氧化碳气体瞬间释放。很多人都担心过，是不是薄荷糖与可乐发生了化学反应，会不会产生什么有害物质。了解这个原理之后，你就可以放心了，因为整个过程中并没有任何新物质产生，这是一个由天然胶水引发的物理现象。

说到这里你就能明白，胶水对于人类简直太重要了。胶水的作用可不仅仅是把两种东西黏合起来那么简单。绘画的颜料是胶水，防腐用的油漆是胶水，让糖果和糕点成型的东西是胶水，砌墙用的砂浆也是胶水。

所以，几千年来，人类一直都在各种各样的自然材料中寻找可以当作胶水来用的物质。在弄清楚胶水起作用的原理之前，人们只能不断地尝试。这种状况，在人们认识了橡胶之后，逐渐发生了改变。

如果用看待胶水的眼光来评价橡胶，只能算是一种非常一般的黏合剂。不过，橡胶身上有一种人们从未见过的新特性，那就是弹性。

在微观视角下，橡胶内的异戊二烯分子头尾相连，聚合成一条条长链。这些长链互相缠绕在一起，形成了一种独特的空间结构。你可以把橡胶想象成一团棉花，每一根棉花纤维，就对应着一条聚异戊二烯的分子链。当我们轻轻挤压棉花团的时候，棉花纤维就会发生形变，整团棉花也会随之变形。当我们松开手的时候，大部分的棉花纤维都会回到原来的位置，棉花也就基本恢复了原来的形状。天然橡胶中的聚异戊二烯分子链也会在受压或者拉伸后恢复原形，这就是橡胶弹性产生的原因。

但是，就像棉花中的每一根纤维都互相独立一样，橡胶中的聚异戊二烯长链之间也没有连接关系。当我们把一团棉花夹在书里一段时间，再拿出来的时候，棉花团就已经扁了。橡胶也有这个特性，如果你一直用力压一块天然橡胶，橡胶就会变形，再也弹不回来了。这是天然橡胶的重大缺陷。

不仅如此，橡胶还有一个更加致命的缺点：太容易受到温度的影响。当天气冷的时候，橡胶会变得特别脆，曾经柔软的胶鞋，轻轻一摔就会碎成几块；而到了夏天，温度升高之后，鞋柜里的胶鞋不仅会融化成一坨黑色的烂泥，还会发出难闻的气味。所以，尽管19世纪的商店里已经能见到橡胶制品，但它们的销量并不算好。

于是，咱们本节的主人公查尔斯·古德伊尔，就尝试用各种各样的添加剂来改善天然橡胶的性能。查尔斯并不是化学家，对改良橡胶也没有任何的思路。他多年来做的事情，不过就是爱迪生式的执着尝试而已。

直到1839年的一天，查尔斯偶然把橡胶和硫黄放在一起加热，并得到了一种类似皮革的物质。当时的查尔斯已经习惯了失败，他并没有期待这块加了硫黄的橡胶能有什么优异的表现，他只是平静地把橡胶放在桌边，想等再多合成几种橡胶之后，再一起测试它们的性能。

但是，在他转身的时候，他一不小心把这块橡胶碰到了地上。随即，这块橡胶又不偏不倚地滚到了旁边的壁炉里。当查尔斯把这块橡胶从火堆里夹出来的时候，他惊奇地发现，这块橡胶并没有和别的橡胶一样在受热时融化，虽然橡胶的表皮被烧焦了，但是却依然保持着良好的弹性。硫化橡胶就这样诞生了。

当硫黄均匀地溶解在液态橡胶当中时，硫原子会同时吸附在两条聚异戊二烯的分子链上。这就好像把棉花的每一根纤维，都与邻近的纤维粘在一起一样。交联在一起的分子链不再会像以前一样互相滑动，它们共同组成了一个牢固的网状结构。

溶解在橡胶里的硫越少，生成的网状结构就越稀疏，做出来的硫化橡胶就越有弹性。反之，橡胶里的网状结构就越密实，做出来的硫化橡胶的硬度也就越高。

找到硫化橡胶制造规律之后，查尔斯开始尝试制造各种不同硬度的橡胶制品。1851年，刚刚还清债务的查尔斯再次借了3万美元巨款，在英国伦敦水晶宫举行的首届世博会上打造了一个完全由橡胶组成的展厅；四年后，他的上一笔欠款还没还清，就又借了5万美元的巨款，在巴黎举行的第二届世博会上布置了一个更豪华的橡胶展厅。在展厅里，从家具到文具，从厨具到装饰品，全部都是不同硬度的橡胶制品。

在查尔斯的高调宣传下，人们第一次见识到了可塑性材料的价值。一个结构复杂的椅子，竟然可以用一体成型的方式制造出来，上面竟然没有任何接缝。硫化橡胶在当时给人们的心灵冲击，很像我们头一次接触3D打印的感觉，这对制造业是一次彻底的颠覆。

硫化橡胶的出现，让汽车有了轮胎，管道有了密封垫片。原来很多无法想象的设备，都因为硫化橡胶的出现而成为可能。第二次工业革命的烈火就这样被硫化橡胶点燃了。

仅仅依靠加入硫黄的多少，就能控制一种可塑性材料的弹性与硬度，这一现象极大地勾起了化学家的好奇心，并且掀起了一股塑料和胶水发明的狂潮。

现在，绝大部分的可塑性材料，都已经是人工合成的了。我们合成这些材料所使用的原料，也从曾经的生物原料转向了石油、天然气等化石原料。但是，所有的高分子聚合物，至今仍然都被统称为树脂。

因为人类，这些只为自我保护而生的天然胶水，走上了改变世界的道路。也因为这些天然胶水的存在，人类才一步步地拥有了现代化的生活。这或许就是人类和植物之间关系的一种写照：人类的发展从未脱离过自然，而人类文明本身，就是生命协作和演化的最高成就。

第二节　植物染料，世界变得五彩斑斓

1738年，距离美国独立还有45年。在南卡罗来纳州的乡间小路上，一辆邮递马车正不急不缓地行驶着。小路的两边，是一望无边的农田。邮差一边欣赏着美丽的乡村风景，一边驾驶着马车，不一会儿，就来到了一个种植园的大门口。

门口站着一个女孩，只有十几岁的样子，她似乎早早就等在这里了。

邮差跳下马车，向女孩打招呼：“小姐，您好，请问这里是卢卡斯家的庄园吗？这里有一封寄给伊莉莎女士的信。”

女孩的脸上洋溢着兴奋，但她马上就镇定下来，用与年龄不符的语气回答说：“感谢您，邮差先生。我就是伊莉莎。”

邮差没有理会小女孩的话，他歪着头注视着眼前这位稚气未脱的小女孩，对她说：“你妈妈呢？我恐怕需要亲手把信交给她。”

听到邮差的话，女孩的表情变得严肃起来，脸上只留下礼貌的微笑，她坚定地重复道：“邮差先生，我就是伊莉莎。”

虽然小女孩说得非常肯定，但邮差却怎么也不敢相信。经过再三追问，他最终确认了眼前这个女孩的身份，她正是伊莉莎·卢卡斯（Elizabeth Lucas），占有几千亩土地的卢卡斯庄园的主人。

邮差用对待贵族的礼仪，用双手递上了一封信，说道：“我很抱歉，伊莉莎女士，这是您的信。”随后就跳上马车离开了。

目送邮递马车渐渐远去之后，伊莉莎立即恢复了一个女孩的活力。她高举着刚刚收到的信件，蹦蹦跳跳地跑回了书房，她已经迫不及待地要打开这封信了。

给伊莉莎写信的人，是她的父亲。此时，她的父亲正在几千千米外的西印度群岛上执行军事任务。信封里除了父亲给她写的信以外，还附带了一些黄色的种子。

伊莉莎一眼就认出了这些种子，这就是她朝思暮想的木蓝。伊莉莎后来在日记里写道：“我对木蓝抱有极大的期望，比其他任何我所尝试的事情，期望都要大。”

这里我要解释一下，伊莉莎收到的这种木蓝，可不是每年春天开花的那种高大的木兰花。后来的事实证明，这些木蓝种子没有辜负伊莉莎的期待，它们不仅改变了伊莉莎的生活，甚至还为美国的独立提供了巨大的助力。这个故事，必须从植物为什么是绿色开始讲起。

大多数植物的叶子都是绿色的，这是幼儿园的小朋友都知道的常识。但是如果我继续追问，为什么植物的叶子是绿色，你还能回答吗？你也许会说，植物的细胞里面有很多叶绿体，而叶绿体中含有很多叶绿素，因为叶绿素是绿色的，所以植物就是绿色的。

没错。但是我还可以继续追问，为什么叶绿素是绿色的呢？这是因为叶绿素是一种能够吸收可见光中红光和蓝光的色素，基本上不会吸收绿光，叶绿素会把绿色光反射出去，这就是植物的叶子呈现出绿色的原因。

那么，这个问题追问到底了吗？当然没有。虽然从光学原理上，这个答案看起来顺理成章，但从生物能量获取的角度来看，就变得有点儿奇怪了。既然叶绿体的作用就是吸收并且转化阳光的能量，那植物为什么要放弃绿色光里的能量呢？如果能把所有的可见光全部都吸收掉，不就可以获得更高的能量转化效率吗？

光线的不同颜色，代表着不同频率的光波。光波的频率越高，蕴含的能量就越大。在可见光的范围内，紫色光的频率最高，因此能量最高，红色光的频率最低，因此能量也最低。绿光的波长处于红光和紫光之间，所以，它蕴含的能量比红光强，比紫光弱。当阳光穿过地球大气层的时候，一些波长较短的光线会通过大气的折射和散射现象耗散掉，所以，在到达地表的阳光中，能量最强的恰恰就是波长570纳米左右的黄绿色的光。那这个问题就变得更加奇怪了。如果把植物看作一个工厂，可见光是各种原料，为什么叶绿体不去加工能量密度最高的绿色光，反而要去加工效率没有那么高的红光和蓝光呢？

绿色植物喜欢蓝光和红光，排斥绿光

更神奇的一点，虽然叶绿素并不怎么吸收绿光，但是绿光一旦被吸收以后产生的光合作用效率非常高，甚至要比吸收红光更高。(4)在早期生命演化的过程中，如果偶然产生了一种变异，让植物不仅能吸收和利用红蓝光里的能量，也能利用绿色光里的能量，那它就会获得一定的生存优势。如果生存优势存在，那么这种变异就一定可以发扬光大。可是，我们为什么没有见到这样的植物呢？这个问题，就是曾经困扰过很多生物学家的著名问题——叶绿素之谜。

对于这个问题，曾经有一种比较主流的解释是：植物在吸收能量的过程中，不仅要关注能量转化的效率，还需要考虑能量转化的稳定性。这就好像我们有木柴和汽油两种燃料可以作为壁炉的燃料，但是烧的时候，我们肯定不会把木柴和汽油混在一起放进炉子里去烧。因为如果这样做，汽油产生的火焰会很不好控制，搞不好还会把炉子烧坏了。

对于光能也是一样。植物在进行光合作用的时候，它的效率只与吸收光子的个数有关，与光子携带的能量没有关系。所以能量较高的绿色光光子被吸收之后，就会产生很多没有用处的能量。如果瞬间能量太高，就会导致细胞里产生大量自由基，而这些自由基会对细胞组织产生不必要的损害。绿色光就好像是倒进壁炉里的汽油，会让植物难以控制。科学家认为，最早出现在原始海洋中的蓝细菌，只吸收红光就足以维持生存，那么反射掉绿色光反而是一种不错的生存策略(5)。

这个理论确实有一定的解释力，但它也有不小的缺陷，那就是它解释不了，为什么波长更短、能量更高的蓝紫色光反而比绿色光有着更高的吸收率。如果吸收高能量的光子不利于植物的生存，那它们就应该优先把伤害最大的紫色光反射出去才对。这样的话，更多的植物应该呈现出蓝色或者紫色，而不是现在的绿色。

对于生命而言，太阳光是一种最佳的能量来源。如何合理利用这种能量，是所有生物们共同的课题。科学家相信，早期可以进行光合作用的生命，它们利用阳光的方式一定是多样化的，反射绿色光一定不是生命唯一的选择。如果有呈现出其他颜色的“光和生命”生存到现在，一定有助于解开叶绿素之谜。于是，找到更多不同于绿色植物的光合生物，就成了解开这个谜题的关键。

20世纪80年代，麻省理工学院的印度籍科学家施拉迪亚·达萨马（Shiladitya DasSarma）在研究古细菌的时候，有了重大发现。

古细菌是一种看起来像是细菌的古老微生物，它们与细菌一样，都没有细胞核，也没有叶绿体、线粒体这样的细胞器，所以在很长一段时间里，科学家一直都把它们当作细菌来看待。但是，当科学家仔细比对了古细菌与细菌的DNA后发现，古细菌远比细菌古老得多，在进化树上也早就与细菌分道扬镳了。科学家把这种古细菌称作“古菌”。

古菌出现在地球上的时间非常早，科学家推测，大约在38亿年前它们就已经出现了。(6)假如将地球约46亿年的年龄缩短到一天，那么古菌出现的时间是在凌晨五六点钟，而人类则是在深夜23点58分才诞生的物种。

可想而知，38亿年前的地球环境必然与现在大不相同。如果有一些古老的生命一直存活到今天，那么它们要么发生了剧烈的演化，适应了新的环境，要么一定会躲在一些在今天看起来非常极端的环境里逃避着环境的变迁。从某种意义上讲，古菌的生存环境，一定程度地反映了远古地球的一些环境信息。印度科学家达萨马的工作，就是寻找那些生存着古菌的极端环境。

在加利福尼亚州旧金山湾，达萨马发现了一些古老的盐水池。这里的池水不仅含盐量极高，还呈现出一种绚丽的粉红色。池水呈现粉红色的原因，正是生活在池水中的古菌。除了这些古菌以外，这些高盐分的池水中几乎没有其他的生命，甚至连有机物质都没有。

达萨马深入研究后发现，这些古菌不依赖任何外部营养物质，它们是一些自养生命，靠光合作用获取能量。一种不是绿色的，但能够进行光合作用的生命就这样被找到了。

这类古菌名叫嗜盐杆菌，它们用来转化光能的物质叫作视黄醛。视黄醛这种物质其实并不罕见，它又叫作维生素A醛。食物中的维生素A和胡萝卜素经过肠道吸收以后，就能转化为视黄醛。在人类的视觉系统里，就是用视黄醛来感受绿色光的。嗜盐杆菌的细胞膜上布满了大量的视黄醛，这让它们的身体呈现紫色，大量嗜盐杆菌分布在水中时，看起来就是粉红色的了。

这个发现让达萨马不由得开始认真思考叶绿素之谜。现在可以肯定的是，远古生命利用阳光的方式是多种多样的。这些紫色的嗜盐杆菌，它们出现的时间远早于呈现蓝绿色的蓝细菌，那么究竟是什么原因，让生物在演化过程中抛弃了古老的视黄醛，选择了我们熟悉的叶绿素呢？更奇妙的一点在于，视黄醛在细胞中的生产过程与脂肪酸几乎完全一致，而脂肪酸后来成了构造细胞的重要材料。这很可能意味着，视黄醛曾经在生命活动中扮演过非常重要的角色。(7)

2007年，达萨马在《科学美国人》杂志上发表了一篇文章，大胆地提出了自己的假设：嗜盐杆菌很可能是地球上最早利用光能的生物。它们利用视黄醛来转化绿光中的能量。合成视黄醛的难度要远低于叶绿素，所以视黄醛很可能才是早期光合生物的最优选择。

如果嗜盐杆菌大量存在于远古海洋当中，那么透过海水的绿色光就是比较匮乏的。这种情况下，如果有一种生命，能够充分利用红蓝光里的能量，就会拥有生存优势。这就很好地解释了叶绿素出现的原因。

如果嗜盐杆菌占领着整个海洋，那么大海就不会像现在这样呈现出蓝色。如果你从太空望向地球，你会看到一个被紫色海洋包裹着的星球，这就是著名的“紫色地球假说”。

那么，绿色植物后来又是如何成功逆袭的呢？这就与随后发生的大氧化事件有关了。

38亿年前的地球大气中，只有微量的氧气。生活在海洋中的古菌当然也都是厌氧菌。但当蓝细菌这样的生命出现后，就开始不断地向大气中释放氧气。这些氧气对于过惯了厌氧生活的古菌来说是致命的。好在还有一类甲烷细菌，它们可以通过释放甲烷来抑制氧气含量的升高，这才与蓝细菌释放的氧气保持了一个基本的平衡状态。

但大约在26亿年前，由于海水含氧量的提高，甲烷细菌所依赖的镍元素急剧减少，大量甲烷细菌也因此而大量死亡。失去甲烷细菌的遏制之后，大气中的氧含量也开始迅速增加，嗜盐杆菌由于氧气的增加逐渐退出了历史舞台。(8)

植物继承了叶绿体之后，让地球变成了绿色。至于视黄醛，也并没有被淘汰，而是在脊椎动物演化出眼睛的过程中成为识别绿色的信号，也成为上古那场惊心动魄的争夺战中留下的一个痕迹。(9)

虽然“紫色地球假说”还缺少必要的证据，但它却给科学家提供了一个看待生命的新思路。视黄醛的结构要比叶绿素简单得多，不需要氧气的参与，也能让生命获取到阳光中的能量。这就意味着，即使没有氧气，生命也依然可能存在。它们很可能类似嗜盐杆菌，可以利用阳光中的绿色光进行光合作用。

有生命的星球不仅可能会呈现蓝色或者绿色，紫色也变成了一个可能的选项。还有科学家认为，在某些星球上可能存在既有视黄醛也有叶绿素的生物，那么这种生物看起来可能就是全黑的，它会吸收掉所有的可见光。

不管过去的历史究竟如何，今天的地球是绿色的。可见光之所以叫作可见光，与人类古老的祖先演化出来的感光物质有关。在漫长的生物演化史中，视觉器官独立出现过很多次。而对于我们人类来说，人类有三种视锥细胞，分别对平均波长564纳米的黄绿色、534纳米的绿色和420纳米的蓝紫色最为敏感。也正因为如此，自古以来人类在众多颜色中，对于绿色和蓝色尤其关注。

叶绿素就是一种天然色素，绿色能让人类产生安全感，这可能与人类祖先的树栖生活有些关系。叶绿素是一种最常见的植物色素，但却并不是染料。染料和色素最主要的区别有三个。

第一，它自己要够稳定，如果动不动就自我分解或者褪色，那肯定做不成染料。叶绿素就是一种很不稳定的物质，温差、紫外线或者有机溶剂都能让叶绿素发生分解。

第二，它不能溶于常见的溶剂，至少不能溶于水。想想看，如果衣服上的颜色一沾水就溶解了，肯定不是合格的染料。

第三，染料必须能与布料纤维牢牢结合在一起。要么能与纤维发生化学反应，形成共价键。要么就要像胶水一样，牢牢抓住织物的纤维。这一条，叶绿素也做不到。

与叶绿素类似的胡萝卜素、花青素、番茄红素等植物色素，虽然也都带有鲜艳的颜色，但它们也只是色素而已，无法当作染料。

古代中国最早使用的植物染料，是一种叫作蓝草的植物。考古学证据表明，在殷商时期，就已经开始使用蓝草为服装染色了。(10)

古籍上记载的蓝草到底是什么，已经很难考证了。植物学家猜测，蓝草很可能是蓼蓝、板蓝或者菘（sōng）蓝当中的一种。你可别以为我刚刚说的这几个是颜色的名字，它们真的是三种不同的植物。这些植物并没有很近的亲缘关系，但是它们的体内都含有一种共同的物质，这种物质叫作靛苷。所以，这些植物的名字里也都带着一个“蓝”字，共同成为染料植物。

根据现在对古文献的考证，我国古代最早使用的蓝草是蓼蓝(11)。蓼蓝是蓼科植物中的一种，如果你对蓼科植物感到陌生，那我告诉你，常见的蔬菜——苋（xiàn）菜也是蓼科植物。红色的苋菜可以提取苋菜红，这也是古代常见的一种染料。

还有一种蓝草叫板蓝。板蓝这个名字，你应该比较熟悉。因为只要一有疫情，板蓝根就会以一种万能神药的姿态来到我们的眼前。不过有点儿遗憾的是，目前没有证据表明，板蓝根对某种疾病有统计学意义的疗效，甚至中药厂制造板蓝根的原料也不是板蓝，更多的时候，他们使用的是菘蓝。

菘是我国古代对白菜类蔬菜的统称，所以菘蓝其实就是能提取出蓝色染料的大白菜。菘蓝和超市里常见的油白菜长得非常类似，唯一的区别就是油白菜的果实是长角果，豆荚里有数十粒种子，而菘蓝的果实是短角果，种子要少一些。

除了菘蓝，十字花科中的芥蓝、苤（piě）蓝、甘蓝和擘（bò）蓝同样也可以染色，现在你知道它们名字当中为什么会有一个“蓝”字了吧。在古代，染料有着非同寻常的意义，甚至比食物更加重要。

以上三种能产生靛蓝的植物都是草本植物，但是你可能想不到，靛蓝既是一种蓝色的名字，也是一种植物，这就是来自豆科的木蓝树。木蓝树广泛分布在亚洲和非洲地区，是一种非常常见的小灌木。当欧洲人在印度发现了木蓝树之后，它很快就取代了菘蓝，成为欧洲近代最受欢迎的染料。

自从地理大发现时代之后，英国逐渐取代印度成为世界纺织行业的中心，大量的棉花从全世界汇聚到英国的曼彻斯特和利物浦。纺织业的兴盛同样带动了印染行业的发展，全世界的木蓝都汇集到了英国。

对于年少的伊莉莎·卢卡斯来说，父亲寄给她的那些木蓝种子，也成为维持生计最大的希望。伊莉莎·卢卡斯是家中的长女，下边有两个弟弟和一个妹妹。

本来，拥有一个大庄园的伊莉莎一家，应该生活得其乐融融。但是西印度群岛爆发战争，让伊莉莎的父亲不得不离开家人，而伊莉莎的母亲又卧病在床，无法承担经营种植园的重任，家庭的重担就这样落在了年仅15岁的伊莉莎的肩膀上。

最初种植园里的主要作物是玉米，虽然玉米可以满足粮食的需求，但价格实在太低，产出很难维持家里必要的开支。特别是母亲需要治病，弟弟、妹妹即将上学，伊莉莎就动了寻找经济作物的念头。

三年后，伊莉莎的母亲去世，她的压力更大了。她开始在自己的种植园里进行各种尝试，她种植了无花果、姜、亚麻、棉花甚至种桑养蚕，但由于各种原因，这些作物都没能带来稳定的经济收益。一直到父亲寄给她那些木蓝的种子。

伊莉莎虽然年纪不大，但她敏锐地感受到了当时欧洲对于染料的需求。她开始对木蓝的种植进行尝试。

尝试也并非一帆风顺，第一年种植，伊莉莎把种子放在地上晾晒，但还没晒干，就遇上了冰雪天气，木蓝的种子都被冻坏了。

第二年，伊莉莎的父亲派了一名助手帮助伊莉莎种植木蓝。但是，他没想到的是，这名助手为了保护自己家乡的产业，根本就不希望木蓝在新大陆种植成功。他在种植的过程中搞了破坏，第二年又失败了。

第三年，伊莉莎的木蓝终于长出来了。不过，由于缺乏经验，这些木蓝还没等到收获的季节就生了虫子，最后只有很少的几株活了下来。

到了第四年，经过了不知多少失败之后，伊莉莎的种植园里，终于长满了木蓝。(12)

在伊莉莎的积极推广下，整个南卡罗来纳州开始大规模种植木蓝。在美国独立战争打响之前，木蓝已经占据了北美殖民地出口总额的三分之一以上(13)。伊莉莎也成为南卡罗来纳州的名人。

1775年，美国独立战争打响，伊莉莎积极参与美国独立的活动。建国之后，她成了美国独立女性的代表，被尊称为“建国国母”（Founding Mother）。至今，在美国的教科书中，依然会出现伊莉莎的名字。

伊莉莎并非科学家，但科学改变了她的命运。很多年来，她一直都在从事木蓝的育种和改良工作，也培育了适合当地环境的品种。1793年，伊莉莎去世，人们在费城的圣彼得大教堂为她举行了隆重的葬礼。华盛顿总统亲自为她抬棺，以表达对她的尊敬。

木蓝改变了伊莉莎的命运。与木蓝类似，在茜草、红花、姜黄、栀子的背后，同样有着植物改变颜色，随即改变一群人命运的故事。

19世纪50年代，疟疾肆虐欧洲，英国科学家威廉·珀金（William Perkin）在尝试提取奎宁的过程中，无意间发现了一种稳定的紫色染料，这就是第一种有机合成染料苯胺紫(14)。从此以后，各种颜色的有机染料层出不穷地被研发出来，最终彻底取代了天然的植物染料和矿物染料。

第三节　拟南芥，我能用来做实验

1945年6月，战后的德国仍在废墟和瓦砾中挣扎。作为法兰克福市唯一没有被盟军轰炸过的地方，法兰克福大学就像是沙漠中的一小块绿洲，用人才与知识为伤痕累累的德国保存着一丝重生的希望。

这一天清晨，植物学家弗里德里希·莱巴赫（Friedrich Laibach）像往常一样，悠闲地穿过大学植物园的绿色廊道，来到属于自己的一间小温室里。在这间只有20多平方米的小温室里，种满了一种毫不起眼的小草。这些小草的大多数叶片都平铺在地面上生长，只有几根花莛高高地伸出来，开着四个花瓣的白色小花。它们就是拟南芥。

一个半月以前，德国在柏林签署了无条件投降书，战争终于结束了。就在同一天，莱巴赫播下了一批拟南芥的种子。这些并不是普通的种子，为了让它们产生突变，在播种之前，莱巴赫用X光照射了这些种子。莱巴赫望着这些茁壮生长的拟南芥，心中感慨万千。X光的辐射让一半的种子失去了发芽的能力，但另外一半，它们就像经历了战争之苦的人民一样，一旦战争结束，就会立即抚平创伤，抽出新芽。

就在莱巴赫望着这些小草出神的时候，温室的门打开了。先走进来的是他的得意门生厄尔娜（Erna Reinholz），紧随其后的是几名政府官员。

厄尔娜有些尴尬地解释说：“老师，他们是联邦政府的人，说是找您了解情况。”

莱巴赫还没来得及说话，后面的官员就抢前一步，语气强硬地说：“莱巴赫教授，因为你纳粹党党员的身份，我们奉命带你回去，请配合我们的审查！”

这位植物学家莱巴赫，还真的就是纳粹党党员。在20世纪30年代的时候，他经不住周围人的鼓动，就加入了纳粹党。希特勒上台之后，莱巴赫还因为纳粹党党员的身份，得到了重用，当上了法兰克福植物园的园长。(15)不过万幸的是，莱巴赫这么多年一直专注于对拟南芥的研究，根本就没有参与过政治。经过一段时间的审查之后，联邦德国政府发现他没有什么劣迹，最后只是免除了莱巴赫法兰克福植物园园长的职位。

其实，被免除法兰克福植物园园长的职位，这件事一点都没有让莱巴赫难过。因为他根本没有太多精力去关注植物园的发展，他更加关注的，其实是生长在小温室里的那些小草——拟南芥。

拟南芥又叫作鼠耳芥、阿拉伯草，想形容它的样貌，不是一个很容易的事情，因为它就是路边常见的杂草的样子：矮小的植株开着毫不起眼的白色小花。它们总是在雨后毫无征兆地从田间地头的土壤里钻出来，然后迅速地长大、开花结果。

如果非要形容拟南芥，那它非常像缩小版的芥菜，而它的花又和芥蓝非常像，白色十字花瓣上，有着淡黄色的花药。而这些特征都暴露了拟南芥的身份，它与芥蓝一样，同属于十字花科这个大家族。

拟南芥看似娇弱，但实际上有着强大的生存能力。在干旱、贫瘠甚至是缺乏有机质的砂石类土壤表面，它们都能够顽强存活。强大的生存能力，让我们很难弄清拟南芥的原生地。如今，几乎在整个温带和亚热带地区，都能看到它们的身影。也许你走出房门，看到房前屋后的角落里生长的小草，就是拟南芥。

1577年，德国医生兼博物学家约翰内斯·塔尔（Johannes Thal）在德国北部的哈茨山地区野外考察时，发现并记录了这个物种。他看到这种小草的叶片表面长着一些极细的三叉形刚毛，成熟的果实又呈现出一种荚果的形态。于是，他就用了“多毛”和“荚果”这两个拉丁词语，给拟南芥命了名。(16)

不过，拟南芥实在是太过于默默无闻了，它们看起来就是最普通的野草，既不好吃，也不好看，完全引不起植物学家的兴趣。在后来的170多年里，人类与拟南芥都没有产生什么交集。直到1753年，本着一个都不能少的分类学精神，植物学家林奈翻开了约翰内斯·塔尔留下的植物学笔记，找到了拟南芥最早的观察记录。

林奈按照花朵的形态，把拟南芥归入了南芥属（Arabis），并且用塔尔的名字重新为拟南芥命了名，用于纪念这位拟南芥的发现者。

从拟南芥的名字就能猜得出来，拟南芥并不是南芥，开头的这个“模拟”的“拟”字，就说明了拟南芥这种植物，它与南芥属的植物只是外表长得有点儿像而已。它们之间有很多结构，都存在着比较明显的差异。不过林奈当时并没有注意到这些差异，原因也很简单，就是拟南芥怎么看都不是一种值得重视的植物。

就这样，拟南芥在一个错误的分类中又度过了默默无闻的150年。直到一个年轻人与拟南芥的一次偶遇，才终于改变了拟南芥的命运。这位年轻人，正是今天故事的主人公，植物学家弗里德里希·莱巴赫。正是因为他的发现，才让拟南芥有了正确的名字，也归入了专门为拟南芥新建的拟南芥属。(17)

那是在1905年，年仅20岁的莱巴赫离开了他的家乡林堡，前往德国最著名的学府波恩大学就读植物学博士。当时，美国的两位生物学家萨顿和鲍维里刚刚提出染色体理论。他们发现，染色体在所有正在分裂的细胞中都可以被清晰地观察到。因此，两位科学家提出了一个大胆的猜想：染色体就是遗传物质传递的载体。

莱巴赫对这个新理论非常着迷，也正是因为这个理论，让他下定决心选择了植物学这个学习方向。只要搜集到不同品种的植物，莱巴赫就会把它们放到显微镜下观察，并且仔细地记录它们的染色体数量。很快，波恩大学校园里的植物就被莱巴赫翻了个遍。为了得到更多的植物样本，他几乎走遍了波恩大学周边所有生长着植物的地方。

1906年底，一个很意外的机会，莱巴赫终于与伴随他一生的拟南芥结缘了。当时，他正在家乡林堡度假，由于闲来无事，就顺便采集了几种林堡特有的植物回去，这其中就有拟南芥。

当拟南芥的染色体出现在显微镜的视野里时，一丝诧异浮上了莱巴赫的心头：比起他所观察过的其他植物，拟南芥的染色体实在是太少了。胡萝卜的染色体数是18条，白菜的染色体数是20条，芹菜的染色体数是22条，而韭菜的染色体有32条之多。他瞪着眼睛数了好几遍才最终确认，拟南芥的染色体确实只有10条，而且每一条染色体都格外短小，这意味着每个染色体上携带的基因信息都更少。

拟南芥的染色体数量虽少，但它能发芽，能开花，也能正常地结出种子。从一株植物的角度来看，拟南芥似乎什么都不缺。

如果把其他植物比作一辆装着高级音响、真皮座椅和自动天窗的豪华轿车，那么拟南芥就是一辆只有底盘、发动机和方向盘的极简版汽车。但是这辆汽车确实可以正常行驶。莱巴赫猜测，拟南芥很可能拥有一个所有植物都必须拥有的最小的基因集合，在拟南芥身上观察到的实验现象，大概率也能在其他植物身上观察到。

于是，莱巴赫立即对这种不起眼的小草重视起来。他开始重点观察和收集身边的拟南芥，然后亲自培养它们。没过多久，他就又有了全新的发现。

莱巴赫发现，虽然自己的家乡林堡和波恩的距离并不算远，但生长在林堡的拟南芥与波恩郊区的拟南芥在形态上却有着明显的差别。经过进一步仔细观察后，莱巴赫找到了原因。原来拟南芥是一种严格自花授粉的植物，它们身上的特征，全部都是基因突变不断积累的结果。由于不需要与其他植株交换基因，亲代的遗传特征可以分毫不差地遗传给子代。莱巴赫感到欣喜若狂，这简直就是为科学研究而创造的物种嘛。

从此以后，莱巴赫开始有意地收集拟南芥的不同生态型。为了管理好这些不同的拟南芥，莱巴赫就用拟南芥种子的采集地点为它们命名，最后形成了一套完整的拟南芥分类方法。(18)

拟南芥

1907年，莱巴赫把自己对拟南芥的研究写成论文，发表在波恩大学的学报上。但是这篇文章并没有在学界掀起什么波澜。连莱巴赫的老师都认为，最小基因集合的说法显然是不正确的，不能把在拟南芥身上观察到的现象简单地推而广之。

对于这样的结果，莱巴赫并没有气馁。他博士毕业后，在法兰克福大学谋求到一个植物学讲师的职位。莱巴赫向他的学生仔细讲述了拟南芥的特点，并且要求他的学生必须使用拟南芥做植物学实验。植物学专业的其他老师和同学都知道，种植拟南芥是莱巴赫团队的一项特色。(19)

自花授粉的拟南芥有着极好的基因纯粹性。每一个能够影响到拟南芥形态的重要变异、性状都能持续地保存下来。莱巴赫意识到，每收集到一种独特的拟南芥生态型，就意味着找到了一种独特的基因变异。于是，他开始加大力度从全球各地搜集拟南芥的种子。这些种子播种之后，如果与现有生态型有所差异，就会被莱巴赫用地名命名，然后编入拟南芥品种库。截至1945年，莱巴赫和他的学生们已经从全球各地搜集了超过150种拟南芥，它们的种子都被仔细分类并进行妥善保存。

但是莱巴赫逐渐开始意识到，这样的收集很可能是徒劳的。虽然他们收集到的生态型日益增多，但基因的变异更多。无论怎么收集，都不可能穷尽基因的变异。于是，他开始寻找能够人为创造基因变异的方法。

莱巴赫实验室里有一名年轻的女博士生，名叫厄尔娜·瑞因霍尔茨。她在得知莱巴赫的想法后介绍说：“我听说，X射线照射到生物机体后，可以破坏细胞的正常生理机能，甚至可以杀死细胞。可不可以尝试用X射线照射拟南芥的种子，促进种子产生基因变异呢？”

这正是莱巴赫梦寐以求的方法，如果X射线真能诱发拟南芥的基因变异，那就有可能创造出无数种不同的拟南芥生态型来。拟南芥在实验中的实际表现，比莱巴赫期待的更好，在辐射中保持了活性的种子，很大比例都发生了这样或者那样的变异。而这些变异大多数都可以完美地遗传给下一代。

很快，厄尔娜就以《拟南芥的X射线突变》为题(20)，完成了她的博士论文。让莱巴赫想不到的是，这篇论文中的“X射线”和“突变”这两个关键词，不小心触动了美国人敏感的神经。美国军方迅速把这篇论文翻译成英文，试图用来评估德国原子弹计划的实施进度。不过，当参与评估的美国植物学家读完这篇文章之后发现，这不过就是一篇讲述植物基因突变的文章罢了，和核武器没有任何关系。

第二次世界大战结束后，莱巴赫因为纳粹党员的身份，受到了严格的政治审查。这就是咱们开头故事里讲到的事情。不过，德国联邦政府发现，他在战争时期并没有帮助纳粹做过什么具体的事情，所以政治审查很快就结束了。

1953年，美国科学家詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）发现了DNA的双螺旋结构，因此人类开启了对于生命遗传和基因改造的新篇章。

莱巴赫了解到，当时沃森和克里克选择的实验材料是果蝇。他们之所以选择了果蝇，是因为果蝇有几个其他动物无法比拟的优势。

首先，果蝇是一种典型的昆虫，可以用它代表其他昆虫进行实验。而拟南芥也可以代表所有的被子植物进行植物学实验。莱巴赫阅读着果蝇的资料，不由自主地就把果蝇与拟南芥联系在一起了。

其次，果蝇很常见，在烂水果堆里就可以很轻易找到。找到拟南芥更容易，你可以在各种地方找到它们，而且，拟南芥不会像果蝇一样乱飞。

果蝇繁殖很快，10天左右，果蝇就能繁殖一代。拟南芥也一样，它们不到两个月就能结出种子，很少有其他植物可以做到这一点。

果蝇的繁殖能力特别强，一只雌性果蝇一次就可以产下400枚卵。而拟南芥也可以产生成千上万粒的种子。最重要的是，自花授粉的特性，让拟南芥所有的种子都会表达出相同的性状。

类似果蝇这种生物，被称为模式生物。正是由于它们的存在，生物学实验变得更加简单而且容易重现，它们帮助人类揭示了生命最普遍的一些规律。每一类生命，都有自己的模式生物，除了代表昆虫的果蝇，还有代表哺乳动物的小鼠，代表鱼类的斑马鱼，代表细菌的大肠杆菌，代表真菌的啤酒酵母，代表病毒的噬菌体。

在当时，植物学研究并没有一个固定的模式生物。达尔文用燕麦观察了植物的向光性，孟德尔曾经用豌豆揭开了生物遗传的规律，麦克林托克在研究玉米时发现了基因中的转座子。那么，继续使用燕麦、豌豆或者玉米做研究，似乎也是顺理成章的事情。

但是，似乎只有莱巴赫知道，这些小有名气的植物远远不如拟南芥好用。不管是豌豆还是玉米，它们的生长周期都太长了，至少也要大半年的时间，它们才能完成一个生命周期的生长。更麻烦的是，种植豌豆和玉米需要大面积的土地，在实验室中根本没办法操作，必须开辟专门的试验田才行。如果选用拟南芥，在实验室的角落里点上一盏灯就能搞研究了。

还有最重要的一点，就是这些蔬菜和粮食作物，它们的基因都太复杂了。后来的全基因组测试证明，豌豆有4万多个基因(21)，而玉米则有3万多个基因(22)，这比人类的基因组还要大。而拟南芥的基因组上，只有25000多个基因。

在莱巴赫20多平方米的小温室里，种着超过2万株拟南芥，却一点儿也不显得拥挤。科学家无须考虑天气和季节因素，在每天16个小时的灯光照射下，拟南芥可以一年四季不停地生长和开花。望着这些茁壮成长的拟南芥，莱巴赫隐约觉得，它们的春天就要来了。

莱巴赫把他一生对于拟南芥的研究成果整理成了一本学术专著，只要一有机会，他就会向同行宣传拟南芥的各种优点。然而事与愿违，直到1967年，拟南芥也没有能得到植物学界的足够重视(23)，82岁的莱巴赫带着一生的遗憾去世了。

不过，莱巴赫的努力并没有白费，就在他去世的同一年，他的著作被正准备攻读博士的匈牙利青年学者乔治·雷迪（George Rédei）看到了。雷迪原打算把番茄和小麦作为自己的研究方向，但是，当他读到莱巴赫的专著之后，就敏感地意识到，拟南芥才是进行遗传学研究的最理想材料。于是他在导师的帮助下，联系上了莱巴赫实验室，并且获得了四种不同的拟南芥种子。

博士毕业后，雷迪已经彻底继承了莱巴赫的衣钵，成了一名拟南芥的推广者。在他前往美国谋求发展时，他专门把来自莱巴赫实验室的四种拟南芥的种子随身带好。这其中，就有莱巴赫最初从故乡采集的第一个拟南芥品种——林堡。

雷迪非常希望美国的同行能够重视拟南芥这种植物。当时的美国，就代表着生物学的最前沿，如果美国科学家能够认可拟南芥，距离全世界的认可也就不远了。然而很不幸，当时的美国科学家同样不认可拟南芥。雷迪多次向美国国家科学基金会建议，把拟南芥作为研究对象，但基金会每一次都坚决地回绝了他。

1983年，美国遗传学家霍克马（Hoekema）用拟南芥完成了一项重要的转基因实验(24)，一下子就帮拟南芥吸引到了大量的关注，也直接改变了拟南芥的命运。这就是浸花法转基因技术。

你可能一听到转基因，就想到基因编辑之类的超级复杂的技术，其实并不是这样。浸花法，是一项非常简单巧妙的转基因技术，直到今天还在应用。用比较简略的过程来说，浸花法转基因大概可以分成三步：

第一步：让需要插入目标植物的DNA片段在大肠杆菌中复制；

第二步：用化学方法把准备好的DNA片段转入农杆菌的转移DNA质粒当中；

第三步：让富含农杆菌的溶液去感染拟南芥尚未授粉的花。

在这个实验里，农杆菌扮演的角色很像是传播疾病的蚊子。当感染发生后，准备好的DNA片段就会被整合到拟南芥的基因组上了。完成上述步骤后，拟南芥新结出的种子中，就有一定比例完成了转基因的操作。(25)

这项重要的实验，一下子让拟南芥名声大噪。科学家在重复这项实验的过程中，也深切体会到了拟南芥的优势。在很短的时间内，拟南芥就毫无争议地成为植物学最佳的模式植物。拟南芥这种普通的杂草，也终于实现了生命的逆袭。

2000年，拟南芥成为植物界第一个进行了完整基因组测序的植物。仅仅是2020年一年，全球就发表了32000篇以拟南芥为研究对象的论文(26)。虽然拟南芥的作用曾被大大低估，真正与人类合作的时间也不算很久，但它的加入，确实把人类的植物学研究带上了快车道。

莱巴赫20平方米的小温室里种植的几万株拟南芥，后来成了创建全球拟南芥种子库（AIS）(27)的基础，在此基础上，还发展出了全球拟南芥生物资源中心（ABRC）(28)。

现在，全世界的科学家，都可以向这个种质资源库申请拟南芥的种子。拟南芥所有的基因序列和遗传信息，也都可以在ABRC的网站上查询到。

正是由于拟南芥的存在，让人类掌握了一个驯化和培育植物的利器。拟南芥这株不起眼的小草，就像是一位穿梭于人类世界和植物世界的大使，让人类与植物之间的关系更为紧密与和谐。

(1)　Bonani, Georges; Ivy, Susan D. AMS 14 C Age Determination of Tissue, Bone and Grass Samples from the Ötzal Ice Man.Radiocarbon ,The Department of Geosciences, The University of Arizona. 1994.

(2)　 Marie Soressi,Diederik Pomstra. Geeske Langejans.How Neanderthals made the very first glue[2017-8-31].https://www.universiteitleiden.nl/en/news/2017/08/first-glue-neanderthals

(3)　王健，蓝惠萍，吴星碧．松树树脂道综述[J]．中国农业信息，2014（7）: 231.

(4)　Ker Than. Early Earth Was Purple, Study Suggests. https://www.livescience.com/1398-early-earth-purple-study-suggests.html

(5)　魏晓琳．内生蓝藻光系统组成及光能传递研究[D].硕士学位论文，河北工业大学，2014年。

(6)　Wang M, Yafremava LS, Caetano-Anollés D, Mittenthal JE, Caetano-Anollés G. Reductive evolution of architectural repertoires in proteomes and the birth of the tripartite world.Genome Research. 2007.11 17 （11）: 1572–85.

(7)　What purple can tell us about life on other planets ,By Daniella Emanuel, CNN .https://www.cnn.com/2017/08/04/health/colorscope-purple/index.html

(8)　Konhauser, Kurt O.; et al. Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event.Nature.2009,458 （7239）: 750–753.

(9)　Shiladitya Dassarma,Errata: Extreme Microbes: Salt-loving microorganisms are helping biologists understand the unifying features of life and molecular secrets of survival under extreme conditions[J]．American Scientist, 2007, 95（4）:293.

(10)　张海超，张轩萌．中国古代蓝染植物考辨及相关问题研究[J]．自然科学史研究，2015，34（3）: 330-341.

(11)　赵翰生，李劲松．蓝染植物文献的另类解读[J]．服饰导刊，2020，9（01）:17-25.

(12)　 [英]维多利亚·芬利：颜色的故事：调色板的自然史，姚芸竹译，上海：生活·读书·新知三联书店，2008年，363.

(13)　"Eliza Lucas Pinckney" Archived November 21, 2008, at the Wayback Machine, Biographies, National Women's History Museum, 2007, accessed December 7, 2008.

(14)　Brightman, R. Perkin and the Dyestuffs Industry in Britain.Nature. 1956, 177 （4514）: 805–856.

(15)　Klee, E. Das Personenlexikon zum Dritten Reich: Wer war was vor und nach 1945 . Frankfurt: S. Fischer. 2003,P. 731.

(16)　Warwick SI, Francis A, Al-Shehbaz IA. Brassicaceae species checklist and database. Species 2000 & ITIS Catalogue of Life （26 ed.）. 2016.

(17)　Somssich M. 2019. A short history of Arabidopsis thaliana(L.) Heynh. Columbia-0. PeerJ Preprints 7:e26931v5 https://doi.org/10.7287/peerj.preprints.26931v5

(18)　Meyerowitz E M ．Prehistory and history of Arabidopsis research.[J]．Plant Physiology, 2001,125（1）:15-9.

(19)　Somssich M. 2019. A short history of Arabidopsis thaliana (L.)Heynh. Columbia-0. PeerJ Preprints 7:e26931v5 https://doi.org/10.7287/peerj.preprints.26931v5

(20)　Reinholz E.X-ray mutations in A. Thaliana (L.) Heynh. and their significancefor plant breeding and the theory of evolution.[M].1947.Semantic Scholar.https://www.semanticscholar.org/paper/X-ray-mutations-in-A.-Thaliana-(L.)-Heynh.-and-for-Reinholz/0a841 453444fd0954a22a06a20afb02f6f314771

(21)　Kreplak, J., Madoui, MA., Cápal, P. et al. A reference genome for pea provides insight into legume genome evolution. Nat Genet.2019,51：1411-1422 .

(22)　Kreplak, Jonathan; Madoui, Mohammed-Amin; Burstin, Judith.A reference genome for pea provides insight into legume genome evolution. Nature Genetics. 2019.9.2, 51 （9）: 1411-1422.

(23)　Provart, N. J., Alonso, J., Assmann, S. M., Bergmann, D., Brady,S. M., Brkljacic, J. & Dangl, J. 50 years of Arabidopsis research:highlights and future directions. New Phytologist. 2016,209（3）：921-944.

(24)　Lloyd A M et al. Transformation of Arabidopsis thaliana with Agrobacterium tumefaciens[J]. Science, 1986, 234(4775):464-466.Science. https://science.sciencemag.org/content/234/4775/464

(25)　高建强，梁华，赵军．植物遗传转化农杆菌浸花法研究进展[J].中国农学通报，2010，26（016）:22-25.

(26)　根据Sci-hub学术搜索结果，https://x.sci-hub.org.cn/scholar?as_ylo=2020&q=Arabidopsis&hl=zh-TW&as_sdt=0,5

(27)　Arabidopsis Information Service.

(28)　Arabidopsis Biological Resource Center.

是结局也是开始，植物将走向何方

2019年8月8日，哥伦比亚农业部部长瓦伦西亚通过电视台向外界宣布，农业部已经确认，新增6例TR4真菌感染病例。他认为“目前由于TR4真菌引起的疫情仍然处在非常紧急的状态”。不过，他同时也表示，由于哥伦比亚政府已经在两个月前采取了积极防疫措施，疫情已经得到了有效控制，疫情处于可防可控的状态。(1)

虽然这条新闻总体来说还是利好消息，但这条消息一经传出，还是立即在哥伦比亚引起了巨大的恐慌。连续几天，哥伦比亚股市上的相关股票持续大幅下跌。全世界很多科学家都把目光聚焦在了这个并不算太出名的南美国家。

自从新冠肺炎疫情在全球范围内暴发以来，只要听到“疫情”“新增病例”这类的词语，我们的神经线就会立即紧绷起来。不过这回你不用太担心，因为这种名叫TR4的真菌，感染的并不是人类，它们感染的是生活中最常见的水果——香蕉。

其实，植物被真菌感染，真的是再常见不过的事情了。养过花的读者肯定都听说过白粉病、灰霉病、霜霉病、黑腐病这些常见的植物病害。这些病害无一例外都是真菌感染引起的。咱们前面也多次提到过，很多植物种子的外壳，植物合成的各种毒素，都有抵御真菌的作用。真菌简直就是植物天敌一般的存在，而植物，一般来说也有很多抵挡真菌侵袭的办法。

不过，这种名叫TR4的真菌有点儿不太一样，它们在土壤里生活的时候，就像是普通的细菌，但当它们进入香蕉的根部之后，就会顺着它们的维管束侵入整个植株，最后导致香蕉的死亡。

普通的真菌往往可以通过喷洒杀菌剂来杀灭，但没有什么杀菌剂能够彻底杀掉隐藏在土壤深处的微生物。香蕉种植园里的工人为了避免疫情的传播，甚至被要求在进入种植园之前，必须套上一个新的鞋套。如果离开种植园，鞋套就必须脱下来，留在种植园里。

昆士兰科技大学的生物学教授詹姆斯·戴尔（James Dale）和他的团队，一直都在尝试通过转基因技术培育出能够抵抗TR4的新品种香蕉。他在接受采访时忧虑地说：“TR4真菌会非常难以控制。即便我们无比小心，也不可能真正阻断它们的传播。农药不是它们的对手，我们需要的是能够抵抗这种真菌的新品种香蕉。”(2)

不过很遗憾的是，戴尔博士的转基因香蕉并没有获得上市的批准。

大约在1万年前，香蕉还只是东南亚热带雨林中一种普通的植物。早期的野生香蕉，只是一种拥有少量果肉和大量坚硬果核的植物。正如之前我们讲过的很多种植物一样，它的命运是被人类改变的。

人类将两种原始的香蕉多次杂交，得到了没有核的三倍体香蕉。这些三倍体香蕉无法产生种子，只能依赖人类通过无性繁殖的方法扩大它们的种群。香蕉一年四季都在不停地生长，产出香甜可口但对它们自己却毫无价值的无核的果实。这些香甜的果实在采摘之后，则会被运往全球各地，满足着人类的口腹之欲。

对于很多人来说，香蕉可不只是一种好吃而且廉价的水果而已。根据联合国粮食及农业组织（FAO）提供的数据，全世界大约有4亿人完全依靠着香蕉生活。香蕉或者是他们全部收入的来源，或者直接就充当着他们的食物。

在南美洲，很多国家都被称为“香蕉共和国”，因为香蕉是这些国家最重要的产业；在非洲和亚洲，很多地区都把香蕉作为主食。在乌干达，由于香蕉的存在，让当地的居民可以避免粮食歉收带来的饥荒。太平洋岛国密克罗尼西亚联邦，由于当地缺少蔬菜，香蕉成了天然维生素的最主要来源。

我们早已对香蕉的存在习以为常，就好像它们天然就应该放在超市的货架上。但是，你可能不知道的是，我们今天能吃到的香蕉和我们的祖辈们吃过的香蕉，并不是同一个品种。香蕉已经因为真菌的侵袭灭绝过一次，现在它们很可能会经历再一次的灭绝事件。

如今市面上最常见的香蕉品种，被称为卡文迪许（Cavendish）香蕉或者华蕉。这个品种的香蕉几乎垄断了香蕉市场所有的份额。随便你去全球各地的哪个城市，随便你去哪家超市，你能买到的香蕉，除了大小有差异，全都是一样的外观和味道。卡文迪许香蕉就像是可口可乐一样，在全球范围内保持着工业制品一般的品质和味道。

但是，仅仅80年前，这种卡文迪许香蕉还只有我国和越南的部分地区有少量种植，它之所以有机会风靡全球，并不是它有多么强大，而是源于另外一种香蕉的不幸。

在卡文迪许香蕉之前，垄断全球市场的是一种名叫大麦克（Gros Michel）的香蕉。这种香蕉原产自加勒比海地区。我们熟悉的卡文迪许香蕉，有着比较薄的香蕉皮。如果它们熟透了，就会很难运输。一些轻微的磕碰，都能让卡文迪许香蕉的外皮变黑、果肉腐烂。所以，现在的卡文迪许香蕉，必须在成熟之前就采摘下来，到了销售地再进行催熟。

与卡文迪许相比，大麦克的果皮更厚，即使经过挤压或者磕碰，大麦克的果肉也不容易受到影响。因此，大麦克更加适宜长途运输。更重要的是，大麦克的果实更大，吃起来的味道也更加香甜。

如果你想象不出大麦克的香味也没有关系，你可以买一瓶香蕉口味的饮料尝一尝，你会发现，香蕉味的饮料与我们平常吃的卡文迪许香蕉一点儿都不像。你觉得不像那就对了，因为这些香蕉味道的香精并不是依照卡文迪许香蕉而制作的。它们的味道，属于曾经风靡全球的大麦克香蕉。

既然大麦克的味道那么好，为什么今天却没有种植了呢？这个问题的答案有点儿让人悲伤，这是因为大麦克已经灭绝了。

20世纪40年代，南美香蕉种植园的工人们发现，大麦克的叶子会莫名其妙地发黄，随后很快，这些叶片发黄的植株就枯萎死亡了。当他们把死去的香蕉树连根拔出的时候，发现植株的根部早就已经彻底腐烂，变成了一团纤维状的团块。

通过病原体研究，科学家很快就发现了大麦克死亡的原因，这些香蕉树都是被一种叫作枯萎镰刀菌（Fusarium oxysporum f.sp.）的真菌感染的。

枯萎镰刀菌最早的发病记录是在东南亚地区，随后在澳大利亚也发现了它的踪影。当人类终于注意到它们的存在的时候，它们已经开始在全球的香蕉园里肆虐了。(3)

它们不是普通的真菌。普通的真菌用杀菌药剂就可以有效地防控，但是枯萎镰刀菌完全不同。它们在土壤里生存的时候，看起来就像是某种生活在土壤里的细菌。它们安分守己地过着异养生活，充当着土壤中分解者的角色。不仅如此，枯萎镰刀菌还有一个长达一年的潜伏期。当人们觉得自己已经做好了隔离防控的手段时，其实枯萎镰刀菌已经在香蕉园里悄悄蔓延开了，等到人们发现不对劲儿的时候，已经无力回天。

1940年至1960年，不到21年的时间里，仅仅洪都拉斯、苏里南、哥斯达黎加这三个国家就有超过4万公顷(4)的香蕉树被感染。除了把香蕉树连根拔掉以外，人们完全没有办法。数量众多的香蕉种植园被彻底摧毁，造成了相当于今天182亿美元(5)的损失。

当时肆虐香蕉园的枯萎镰刀菌种类，叫作TR1。为了抵抗TR1的侵袭，全世界的香蕉种植园尝试了可以使用的所有杀菌措施，但是香蕉园还是接二连三地被感染。只要在香蕉园里发现一棵生病的香蕉树，距离整个种植园被彻底摧毁，就只是时间问题了。随着疫情的扩大化，人们似乎在东南亚的一些小种植园里看到了希望。那里种植的一种名叫卡文迪许的香蕉，并不会被TR1感染，受到疫情影响的，只有种植面积最广的大麦克。

科学家很快就通过实验证实了这件事。在一夜之间，卡文迪许香蕉成了全世界蕉农追捧的品种。

当然，不是每一个顾客都能接受香蕉口味的改变。当时就有一位作家吐槽过：“如果大麦克的口味是哈根达斯级别的，那么卡文迪许的口味就是超市里廉价的冰激凌而已。”美国当时还流行过一首歌曲，名字就叫作《是的！我们没有香蕉》（Yes, We Have No Bananas）。歌词说，我们有各种各样的水果，但我们就是没有香蕉。歌曲中充满了忧郁的情绪。

今天，曾经发生在大麦克香蕉上的故事，似乎要在卡文迪许香蕉身上重演了。1967年，我国台湾地区首次发现卡文迪许香蕉感染枯萎镰刀菌的情况。根据一份1972年的检测数据表明，感染卡文迪许香蕉的菌株仍然是TR1。但是，到了1977年，当科学家重新测定枯萎镰刀菌的基因序列时，发现它们发生了变异，对卡文迪许香蕉的感染性也增强了。

1989年，枯萎镰刀菌的感染变得更多，而且更难以预防。一份来自台湾的菌株样本再次接受了检测，这些菌株对卡文迪许香蕉有着强烈的感染性。后来，它们被命名为TR4。

2005年，科学家在马来西亚、印度尼西亚、菲律宾和我国的海南、云南都发现了TR4感染患病的植株。当人们开始警惕变异的枯萎镰刀菌时，TR4已经传遍了亚洲。

2012年，阿曼报告了第一个TR4感染的病例。2013年，非洲国家莫桑比克的一个香蕉种植园也报告了TR4感染的病例。

2015年，在澳大利亚昆士兰一家农场的死亡香蕉样本上，提取到了TR4菌株，独立在太平洋上的澳大利亚大陆终于宣告沦陷。

2018年，印度的北方邦正式宣布，确实存在卡文迪许香蕉死于TR4感染的情况。但是有评论称，卡文迪许香蕉被真菌感染而死亡的情况，在印度的北方邦、中央邦和古吉拉特邦早就大量存在了，只不过一直没有得到印度政府的重视而已。(6)

所以，到2018年，全世界只剩下南美洲的种植园还没有被TR4入侵了。这不由得让我们再次想起“新大陆”这个称呼。全世界的人民都希望，这块曾经被称为新大陆的地方，能够为卡文迪许香蕉守住一块净土。

但是，该来的还是来了。在开头的故事里，哥伦比亚农业部部长宣布全国进入紧急状态，这绝对不是耸人听闻。香蕉是哥伦比亚的支柱产业，如果哥伦比亚遭到TR4入侵，受到的损失绝对不亚于新冠肺炎疫情带来的冲击，难怪他们会如临大敌了。

在严格的防控措施下，南美洲的新病例逐渐减少，最终慢慢消失，保卫香蕉的防线似乎守住了。但是，2021年4月12日，秘鲁西北部的皮乌拉省再次出现了被TR4感染的香蕉植株。果然，严防死守只是延缓了TR4的蔓延而已。

也许香蕉并不会就此从人类社会中消失，但等你孩子的孩子长大时，你可能会对他们说：“爷爷年轻的时候吃到的香蕉，可不是现在这个味道。”味道的变化不是怀旧，是植物演化留下的足迹。

很多人都把香蕉遭遇的灾难归咎于人类。他们说，是人类的过度选育让香蕉失去了抵御真菌侵染的能力，最终导致了香蕉的灭绝。这个观点当然没错，但是，这只是一个以人类为中心的视角。如果我们用一个更大的视角来看待这个问题，还能得到更多的收获。

植物学家伊万·巴登哈根自称是一位香蕉猎人，他为了寻找野生的香蕉品种，走遍了热带地区的丛林。他发现，即便是基因更加多样化的野生香蕉，也同样面临着灭绝的危险。野生香蕉想要结出种子，就要依赖一种小蝙蝠为它授粉，而丛林生态的变化，让这些小蝙蝠消失了。巴登哈根观察到，已经有好多年都没有新的香蕉幼苗长出来了。

香蕉的故事，或许就是植物故事的缩影。对于植物来说，它们创造环境，营造出复杂的共生关系，这让它们无缝融入环境当中，成为环境的一部分。但是，这种嵌入越深，它们对环境的依赖也就越大。砍伐和采挖都是来自环境之外的伤害，当伤害停止时，植物会迅速恢复种群数量。但是，当环境自身发生变化时，这些植物就会面临灭绝的风险。

1991年9月26日，4男4女共8名科研人员进驻了一个12000平方米的密闭温室，他们希望借助这个温室，打造一个与地球生物圈类似的独立生态圈。这就是著名的生物圈II号计划。不过，实验开始之后，生物圈II号的环境就一直没有实现稳定的平衡。由于氧气含量的持续降低和食物的匮乏，科研人员最终在21个月后终止了这项实验。

在生物圈II号中生长的植物，在前9个月的时间里，生物量就增加了一半以上。生长在雨林环境里的树木高大茂密，相连成荫；生长在沙漠中的草本植物也生长迅速，甚至让沙漠变成了绿洲。生物圈II号如果不停止运行，最终一定能达成某种新的平衡，只不过，平衡点与当前我们熟悉的环境不同罢了。科研人员设立了一个等式，等式的左边是生活在生物圈II号中的鲜活生命，等式的右边是符合人类需要的食物和大气环境。他们想要同时操纵等式的两边，让等式达到平衡。但是，他们没有预料到的是，生物圈II号里的植物，既生长在环境中，也是环境的一部分。从这一点上来看，强行规定生物圈II号的平衡点，本身就是不可能完成的任务。

在过去的至少五次生物大灭绝事件中，植物从来就没有缺席过。它们在灭顶之灾面前，一样会大规模地死去，甚至会彻底灭绝。但是，它们又和动物不同，它们的种群恢复得特别快，只要很短的时间，地球就会重新恢复绿色。

2019年5月21日，根据《自然》杂志报道，由34名科学家组成的人类世工作小组宣布，地球已经进入了一个新的地质时期——人类世。地球上存在的任何生物，都再也无法忽略人类行为的影响了。

在人类的干扰下，鸟类和哺乳动物的灭绝速度比人类出现以前提高了1000倍。1600年以来，有记录的高等动植物已经灭绝了724种。这就是正在发生的第六次物种大灭绝事件。

表面上看起来，好像是高高在上的人类主宰着一切，但事实却并非如此。在大量物种灭绝的同时，被人类改变的环境，也塑造着数量更加庞大的新物种。这些物种要么与人类共生，要么则像无处不在的杂草一样，成为人类也杀灭不了的顽强生命。

假如没有人类，大麦克和卡文迪许香蕉根本就不会出现在地球上。它们不能产生种子，也不能通过杂交来引入新的基因。它们是与人类深度共生的物种。

很多人都认为，人类的选育行为让农作物的基因变得特别单一，这是它们无法抵抗病害的主要原因。但是，这个看法也是片面的。事实上，在人类选育植物的历史中，只有那些符合人类要求的品种才能生存下来。那些基因多样性高、特征多变的不稳定品种，早就在选育过程中灭绝了。即便是野生的植物，也完全符合这个演化规律。深度嵌入当前的环境中去，争取生存下来，这才是所有优秀植物的共同特性。

经历了20多期植物有故事的创作，看了那么多关于植物的生存故事，在最后这一节的末尾，我想斗胆对未来植物的演化趋势做五条预测，权当与你一起做一次基于演化规律的头脑风暴。

我的第一个判断是：未来植物的种类会减少，但植物的总量会增加。

全球气候变暖已经是一个不争的事实了，虽然我们总是说，全球变暖可能会带来严重的生态灾难。动物的减少，会让很多植物像野生香蕉一样，因为失去了共生伙伴而濒临灭绝。

但是另一方面，气温升高和二氧化碳浓度的增加，也会为植物带来福利。在古老的石炭纪，二氧化碳的浓度远高于今天，也是植物生长最旺盛的时期。我们今天使用的化石燃料，大多都是石炭纪的植物残骸。气候变暖和二氧化碳增加，意味着植物体内的化学反应更加活跃，生长也会更加旺盛。所以，这个全球趋势会让地表的植物更加茂盛，甚至一些原来荒芜的地区也会长出植物。

我的第二个判断是：被子植物会更加繁荣，非被子植物则会逐渐衰落。

非被子植物，指的是我们曾经介绍过的地衣、苔藓、蕨类植物和裸子植物。它们曾经是占领地球的先遣队，也有着非常久远的生存历史。但是，生存时间越久，就意味着它们的基因越稳定，对环境变化的适应能力越差，这也正是它们衰落的原因。

当环境发生巨变的时候，那些激进的变异，总能成为打破原有平衡的革命者。当它们牢固地占据了生态位之后，稳定不变反而成了优势。等环境再次发生改变的时候，就是这些稳定不变的种群退出历史舞台的时候了。

当今植物界数量最多的几个大家族，比如豆科、菊科、兰科和禾本科，它们在地球上出现的时间并不长，是它们旺盛的基因变异能力，帮助它们抓住了环境变迁的机遇，最终成了植物界的新霸主。

我的第三个判断与人类活动相关：植物物种之间的壁垒很可能会被打破，植物的特性和形态会变得更加多样。

从植物诞生以来，转基因事件就一直在植物之间广泛地存在，细菌、病毒可以成为基因的载体，基因多倍化让植物的远缘杂交成为可能。越是广泛的基因交流，越是能创造出强大的植物物种。

在人类介入之后，杂交育种、嫁接、嵌合以及转基因技术，都促进了植物物种之间的基因交流。就如同自然界存在各种各样不同的物质，但它们在基本粒子的层面完全一样，在基因这个层面，并不存在物种的差异。

由于植物的独特生理特点，基因改造对植物的生命活动几乎不会造成破坏，这就让转基因技术可以大有作为。比如，在大米中转入能产生胡萝卜素的基因，这种黄金大米在自然界可能需要几十年甚至上百万年才能自然产生，但人类创造这样的物种，需要的只是想象力而已。在转基因植物中，名气最大的应该就是转入了抗虫基因的新疆长绒棉了。相信随着未来人类对基因功能的理解逐渐深入，会有更多优秀的“人造植物”被我们创造出来。

我的第四个判断是：海洋中的藻类种类会越来越多，这可能会影响海洋乃至整个地球的生态系统。

藻类并不是植物，但它们具备光合作用的能力，也具备不会动的特征，属于广义上的泛植物，所以我们顺便也说说藻类。

在生命演化的过程中，环境的压力是完成选择的剃刀，而环境中充足的养料，则充当着基因变异的支撑力量。由于人类的行为，越来越多的营养物质随着河流进入海洋，海洋中的藻类在丰富的养分刺激下，就会大量生长，产生赤潮和水华。在可见的未来，人类通过河流排入大海的氮、磷、钾等营养元素，只会增加，不会减少。这样，海洋中的藻类就一定会持续增多，并产生出更加适应这种变化的新物种。一些藻类会产生神经毒素，还有一些藻类会影响水体的氧气浓度。目前，藻类数量增多对于海洋生态系统的影响还不好具体评估，但这些变化正在发生。

我的第五个判断可能脑洞有点儿大，那就是菌类负责生产，植物负责好看。

植物对于人类来说，最大的用处就是可以当成天然的化工厂来用。这些植物只需要晒晒太阳，就能生产出人类需要的糖类、蛋白质、脂肪以及很多复杂的化合物。

但是，搞生产其实并不是植物的专利。只要拥有一套DNA，任何生命都可以用来生产。所以，细菌和真菌才是更适合生产的合作伙伴。也许我们可以把可可树的基因移植给某种细菌，让细菌直接变身成为咖啡粉。我们还可以把小麦的基因移植给蘑菇，让蘑菇粉也能用来包饺子。如果我们能够走出这一步，专门负责生产的农作物，很可能会逐渐被更高效的微生物所取代，农业也会呈现出一种完全不同的面貌。甚至生产氧气的职责，单细胞藻类也会比植物完成得更好。而植物本身，很可能就会成为人类温室里的宠物，好看就是它们最终的价值。

植物是一种不会动的生命，但正是因为不会动这个特点，让它们具备了别样的智慧。当你赞叹一个地方环境优美的时候，你可能忽略了一个事实，那就是植物正是这个环境的一部分。

我曾经看到过一个问题，问的是：“植物和人类到底谁会先从地球上消失？”面对这个问题，我作为一个技术乐观派，竟然也犹豫了。在地球上，人类确实已经具备了超级厉害的生存能力。但如果让我比较人与植物谁更顽强，我还真答不上来。

或许终有一天，人类会离开地球这个摇篮，成为一个星际物种。但我相信，植物作为地球环境的一部分，依旧还会继续存在。

属于植物的时代过去如此，现在如此，未来也不会变。

(1)　TR4香蕉黄叶病首现南美洲：哥伦比亚香蕉产业遭遇危机[EB/OL]（2019-8-21）[2019-8-21].https://www.guojiguo shu.com/article/5209

(2)　Rebecca Katzman.Bananas at Risk January 24, 2020Business World .https://www.timeforkids.com/g56/gone-bananas-2/

(3)　Dita, Miguel; Barquero, Marcia; Heck, Daniel; Mizubuti,Eduardo S. G.; Staver, Charles P. Fusarium Wilt of Banana:Current Knowledge on Epidemiology and Research Needs Toward Sustainable Disease Management. Frontiers in Plant Science.Frontiers. 2018-10-19.

(4)　Ploetz, R. C. Panama Disease:A Classic and Destructive Disease of Banana. Plant Health Progress, 2000.

(5)　Stuart Thompson, Senior Lecturer, University of Westminster.The quest to save the banana from extinction.World Economic Forum.https://www.weforum.org/agenda/2019/04/the-quest-to-save-the-banana-from-extinction/

(6)　Anne Vézina.Fusarium wilt of banana[2021-4-22].ProMusa.https://www.promusa.org/tiki-index.php?page=Fusarium+wilt

后记

2019的春天，菜场小贩给了我一颗丝瓜籽，我回来后随手把它插在了自家阳台外边的一个花盆中（我家住一楼）。

说实话，我根本没把它当一回事，我甚至没有指望它能发芽。不过，在一场春雨后，这颗种子发芽了，然后它便以每天可见的生长速度迅速地成长起来。这是我第一次种菜，受好奇心驱动，我每天上下班的时候，都会仔细地观察一番，看看它又长了多少。但我对它最终能带给我的惊奇丝毫没有心理准备。

我需要介绍一下这颗种子四周的环境，这与我后面要讲的故事密切相关。种子种在一个大号的花盆中，花盆放在阳台铁栏杆和几棵高大的樱树之间。花盆距铁栏杆大约20厘米，距樱树大约2米。铁栏杆和樱树之间随意搭了一根竹竿，这是去年我带着女儿粘知了留下来的。

或许你知道丝瓜是一种会攀爬的植物。它必须让藤蔓爬到高处，然后才能结出一根根从空中垂下来的丝瓜，所以农民种丝瓜都要搭一人多高的架子供丝瓜藤蔓攀爬生长。

我小时候看到过丝瓜棚，对此有点儿模糊的印象。但我没精力给我种的丝瓜搭架子，我只是想观察一下丝瓜苗会如何生长。

接下来发生的事情让我感到万分惊奇。这棵丝瓜苗就像长了眼睛一样，它的藤蔓首先搭上了铁栏杆，接着顺着铁栏杆向上攀上了竹竿，然后继续沿着竹竿朝樱树方向攀爬。它的行为就像是有预谋的智慧生物，它知道自己要去向哪里。这事让我感到不可思议，它到底是怎么做到的？我突然发现，虽然身边充满了植物，但植物的世界我不懂。

一个多月后，丝瓜的藤蔓在樱树的枝杈间扩散开来，它们抱着樱树开始了更加快速地生长。到了盛夏，丝瓜就一根根地结出来了，我们全家吃的速度居然赶不上它结果的速度，邻居家也吃上了我种的丝瓜。这个夏天，我充满了农民收获的喜悦，但副作用是，丝瓜吃得太多，终于腻了。

就是从这时候开始，我对植物产生了巨大的好奇。一棵丝瓜藤居然能结出那么多丝瓜，太令我惊讶了。我突然意识到自己对每天餐桌上的蔬菜、水果的前世今生几乎一无所知，我产生了把植物的故事写下来告诉更多人的冲动。

我的这个想法，和另外两个人一拍即合。

一个人是董轶强，一位精通植物科普的职业作家。董轶强曾经做过程序员，因为对植物的强烈兴趣，他在三十多岁的时候突然决定转行做多肉植物的种植。他自己弄了一个种植大棚，每天像一个辛勤的园丁一样乐此不疲（董轶强吐槽说：比喻不恰当，什么叫“像一个辛勤的园丁”，本来就是一个辛勤的园丁嘛）。除了亲自动手种植，为了能让更多的人喜欢植物，他便开了自媒体，专攻植物科普，粉丝也越来越多。写了几年之后，他发现自己的写作天赋要远远好于种植和经营的天赋，于是再次转型成为职业作家。

丝瓜藤准确攀附到树上并结果

另一位叫何慧中，毕业于华南农业大学，同样酷爱自然和生物，目前供职于国内知名的地理科普自媒体公司，也是一位顶尖的职业撰稿人，时不时就会有十万加的大作问世。

我与他们两人还有一段特殊的关系。他们俩都曾是我的科普写作训练营的营员，在为期半年的训练营课程中，我们亦师亦友，每周都会有一次写作研讨会。这有点像是一个学术讨论小组，大家把各自擅长的东西拿出来，互相学习，共同进步。

训练营结束后，我组建了“科学有故事”创作团队，目的是希望用集体智慧来创作更多、更好的科普作品。科普文与小说不同，写小说是编故事，而编故事，人多不见得有优势。但科普创作是知识传播，人多就有优势，因为科普需要兼具准确和通俗，团队中的每个人可以发挥他最擅长的一面。

我们三个人就像是三个分工不同的厨子。本书的每一篇文章，都经历了选题讨论、资料论证、初稿撰写、讨论、反复打磨的过程，它也是一次集体创作科普文章的有益尝试。

能读到这里，大概率来说你已经把我们做出来的大餐吃完了，评价好不好吃的权力就完全在你的手中了。

我们满怀期待，等着你的评论。

汪诘·科学有故事团队

2021年7月1日写于上海

Table of Contents

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泛植物不会动的生存优势

目录

第一章　它们不是植物，却选择当一株植物

第一节　蓝细菌，最佳合伙人

第二节　地衣，抢滩登陆的先锋

第三节　海带，不是只有植物才能进行光合作用

第五节　珊瑚，遭殃的建设者

第二章　它们全吃肉，它们都有毒

第一节　有毒植物，也不容易

第二节　食虫植物，植物学习吃肉的历史

第三节　爬藤植物，为攻城略地而生

第四节　榕树，热带雨林里的独立王国

第五节　根瘤，豆科植物的绝地反击

第三章　生存大挑战下的最终赢家

第一节　苔藓，逆袭的胜利

第二节　走出非洲，景天科植物大迁徙

第三节　桉树，驯服考拉很容易

第四节　菟丝子，剑走偏锋的魔教杀手

第五节　兰花，把昆虫玩弄于股掌之间

第四章　改变自己，顺带着改变了世界

第一节　辣椒，鸟类专享果实

第二节　胡椒与薄荷，调味品的革命

第三节　棉花与桑树，人类不再寒冷

第四节　咖啡与茶，神秘远方的馈赠

第五节　罂粟，人类与毒品的故事

第六节　巧克力，为人类贡献苦涩

第五章　植物与人类，到底谁征服了谁

第一节　小麦，真的驯化了人类？

第二节　甘蔗，甜蜜的血泪史

第三节　番茄，美杜莎的诱惑

第四节　玉米，为何我是末日作物

第五节　蔷薇，花开两朵，各表一枝

第六章　意外的启发

第一节　植物胶水，开启人类文明的重要发明

第二节　植物染料，世界变得五彩斑斓

第三节　拟南芥，我能用来做实验

是结局也是开始，植物将走向何方

后记