生长在恶劣环境里的植物

【作者:张文亮河马教授 2013.04.28


有一天,我带着学生走在一个人迹罕至的山谷里,那是在台湾最恶劣的地方之一-坡度在60°以上,土石容易滑落,土地贫瘠、干燥、土质偏酸,我们走到山谷的尽头,不禁讶异的大声欢呼,因为在山谷的峭壁上,正长着一种台湾稀有的植物-马尾松(Pinus massoniana)

马尾松是一种令人惊奇的植物,只要有5~10公分厚的浅浅表土,就能让根深深地札入表土下的岩石缝,并取得足够的营养份与水份,让马尾松以几乎接近垂直的角度,向上长30公尺以上的高度。马尾松就是有这种能力,所以能够长在悬崖峭壁上。

马尾松的生存能力

马尾松属于常绿的针叶植物,针叶是二根长成一束,长度有14-20公分,柔软有弹性,像是马尾,难怪人称其为「马尾松」。马尾松不像其它松树,喜欢长在潮湿、低温、土质肥沃的山上,反而长在干燥、较热、贫瘠的地方。为什么马尾松会选择这种地方生长呢?

有一个关键是,有些固氮细菌长在马尾松的根部,能将空气中的氮气转换成蛋白质,供给马尾松,而细菌合成蛋白质所需的能量,是来自马尾松根部所提供的碳水化合物,这是一种树与细菌的「共生」关系,互蒙其利。

悬崖上的植物

但是固氮细菌,只能长在干燥、贫瘠的地方,若是水份一多、土质肥沃一些,这种固氮细菌就难以生存,马尾松就不易生存。因此每年降雨量只要超过2100 mm,马尾松就无法生长,而台湾的平均降雨量是2500 mm,所以马尾松要在台湾生长,必须长在排水良好的悬崖峭壁上!

耐旱植物的生长机制何等的有趣,不过这些自然科学的知识是怎么来的?是马尾松教我的吗?当然不是。是二十世纪着名学者雪瑞弗(Forest Shreve,1878-1950)所提出来的,在科学史上,他被称为「研究沙漠植物的第一人」。

沙漠健将

雪瑞弗生于美国马里兰州的尹斯顿(Easton),他从小喜欢植物。1905年,他在约翰・霍浦金斯大学植物系取得博士学位,钻研植物吸引蚂蚁的机制。毕业后,他前往牙买加研究热带雨林。1908年,美国卡内基协会在亚历桑那大学成立「沙漠实验所」(Desert Laboratory),开始聘请愿意长期在沙漠研究生物的人。当时很少人对沙漠生物有兴趣,更少人愿意长期在沙漠里作研究,以致很少人前往应徵。

雪瑞弗后来写道:「沙漠不会有人来干扰,是可以让我安静读书的地方;沙漠是提供学习者增强体力的所在。」他由热带雨林,转到亚历桑那沙漠实验所任职。

沙漠的单纯与丰富

同年,前来沙漠实验所的还有一位满怀理想的年轻女性贝菈米(Edith Coffin Bellamy),她研究植物水份生理对于阳光辐射的反应,而沙漠正是提供这种研究的好场所。1909年,两人结婚。

雪瑞弗写道:「我前来此地只想探究耐旱植物在缺水、炎热地方,如何生存的奇妙平衡。后来才发现,沙漠是世界上最单纯的地方,沙漠里的植物是最单纯的生命,只需要有一、二个耐旱机制,就能生存。沙漠里的耐旱植物,把沙漠当成自己的居所。」

地球的陆地上,14%是沙漠,其年降雨量低于蒸发散量,一般人视沙漠为文明的边缘,是人类无法利用的地区,对社会经济的发展了无贡献。1931年,雪瑞弗夫妇却提出沙漠里的植物虽少,但是在沙漠植物的覆蔽下,动物的种类并不比一般的地区少,爬虫的种类甚至超过许多地方。

单纯来自直接单一的生存机制

雪瑞弗夫妇提出沙漠植物的生存机制,例如叶子减小面积、夜间才行光合作用、植物根部深入地下,与细菌共生等,这些知识现在看似平常,当年却是一对植物科学的爱好者,长期在白天45℃以上,夜间温度低于5℃,响尾蛇经常出没的地区,作四十年的研究才得知的。

沙漠与荒野使人不复杂

雪瑞弗夫妇是基督徒,也写灵修小品文,雪瑞弗在晚年时写道:「前来沙漠,并不是自其他较好的地区放逐,而是一个人在大自然里选择一个地方,让他的生命有更好的调适,而且体能更好、头脑更清楚。」

如同沙漠植物能在险恶的环境中生存,是生命的单纯,而非复杂。

注:原标题为「为何有些植物会生长在恶劣的环境里」。

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