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第14章 认识植物(14)

在极地边缘地区就有许多高等植物了。这些植物的茎和叶都紧紧地贴在地面上,能很好地承受积雪的压力,只要每年有一小段温暖的天气,植物就立即发芽,在两个月的时间内就完成了生长、开花、结实的过程。所以,到了夏天这些地方百花怒放,大勿忘草、仙女木、罂粟花等开着白色和黄色的美丽花朵,迎风招展。那里的悬钩子果实特别多,它是一种多汁的浆果,成熟时黄色的果实铺满地上,多得使人们不是摘浆果,而是用一种特殊长柄勺状的“梳子”来“梳”浆果,一“梳”,就能“梳”下很多浆果来。此外,还有不少很有价值的植物,如辣根,可作为抗坏血病的药,沼泽乌饭树的果实可供食用,禾本科、莎草科的植物可作饲料等等。

可见,南北极地区的植物还是很丰富的。

太空植物

在《西游记》中,天宫被描绘成极乐胜境,那儿有延年益寿的蟠桃和各种各样的奇花异草。但这一切仅仅是人类的美好愿望,今天的科学已经证实,月亮和地球周围的星球上实际是一片荒凉,看不到任何生命的踪迹。

植物能不能在太空生长呢?太空具备地球无法实现的优越条件,那就是一天24小时都有充沛的阳光照射,从理论上说,太空可以长出产量、质量远胜于地球的超级植物。为了实现这个激动人心的目标,科学家着手的第一步,就是利用宇宙飞船把地球植物送入太空,观察植物的生长情况。

1975年,前苏联“礼炮—4”宇宙飞船上的宇航员在飞船内播下小麦种子。一开始情况良好,小麦的出芽和生长速度比在地球上快得多,但后来不仅没有抽穗结实,反而毫无方向地散乱生长,最后枯萎死亡。同样,豆角、黄瓜等植物的栽培实验也失败了。

科学家经过反复研究,发现是失重的结果。我们知道,任何物体进入太空都会产生失重,植物在宇宙飞船失重的情况下,往往只能存活几个星期。为什么植物对重力那么“依恋”?原来,长期生活在地球上的植物因为有重力作用,形成了一种独特的生理功能,植物体内的生长激素总是汇集在茎的弯曲部位,有效地控制植物向空间的生长方向。可是当植物处于失重环境中,生长素不能汇集到茎的弯曲部位,结果使茎找不到正确生长方向,只好杂乱无章地伸展,这样植物便自行死亡。

为了克服失重问题,科学家采用电刺激方法,结果获得成功。进入20世纪80年代后,许多种蔬菜和粮食作物,已能在宇宙飞船内开花结果,这给生活在完全密闭系统中的宇航员带来了福音。不论在空间站还是在宇宙飞船中,栽培了绿色植物,宇航员就能吃到新鲜的蔬菜瓜果,而且由于植物的光合作用,在飞船小环境中还会有取之不尽的新鲜氧气。更重要的是,太空培育植物的成功,使长距离的星际载人飞行有了可能。

今天,在宇航员的餐桌上已摆上了自己栽培的新鲜葱头。但科学家并没有满足,他们准备栽种更多的蔬菜,为宇航员向月球和更遥远的其他星球飞行创造条件。

人与植物

植物几乎到处可见,你也许习以为常,然而你可曾想过,如果没有这个绿色世界,人也就不能生存了。

人与植物的关系确实息息相关。

首先,人必须依靠植物提供氧气,只有植物能制造氧气。如果说一个人几天不吃饭、几天不喝水且有一息尚存的话,几分钟不呼吸就可能性命难保,氧气可是人生命活动的第一需要呀!一个成年人每天呼吸约2万多次,吸入氧气0.75千克,呼出二氧化碳0.9千克。此外,动物与植物的呼吸,物质的燃烧,也都要消耗氧气,释放二氧化碳。这样一来,空气中的氧气不就一天天减少,二氧化碳一天天增加么?不!天地间所以没有产生过这种危机,就是因为植物既是天然氧气“制造厂”,又是二氧化碳的“广阔市场”。有人做过统计,1公顷阔叶林,在生长季节每天能制造氧气750千克,吃掉二氧化碳1000千克。所以算起来,只要有10平方米的林木,就可以供给一个人氧气的需要量,并把呼出的二氧化碳吸收掉。因为有植物源源不断地补充氧气,空气中的氧气才能保持基本恒定。相反,如果没有植物,地球上的氧气只要500年左右的时间即可用完。所以,人能够得到生命活动所需要的氧气,必须归功于绿色植物。

其次,人的食、衣、住、用,件件离不开植物。在远古时代,人类由于没有学会栽种粮食,在200多万年的漫长岁月里,为了找寻食物,不得不过着游牧生活。今天,人类生活虽然安定了,但人与植物的关系也还是生命攸关。试想,我们吃的粮食、蔬菜、油料、水果,哪一样不是植物?肉类、蛋品、奶类、鱼类这些人类不可缺少的营养品,乍看起来并不是植物,但是所有牲畜、家禽吃的草和饲料也还是植物,没有植物,当然也不可能有鸡、鸭、鱼、肉、蛋。人们的衣着来自植物的纤维,人们治病的药物有一部分从植物中获得。植物界中的木材,那更是“多才多艺”,造房屋、架桥梁、铺枕木、作矿柱,没有木材不行;家具没有木材不行……许多植物是不可缺少的工业原料。有些东西好像与植物无关,其实不然,例如煤,也是从古代植物变来的,即使炼钢,也不能没有这种动力。总之一句话,人的食、衣、住、用不论是直接或间接都得依赖于植物,没有植物,人和其他生物都无法生存,地球就将成为一个没有生命的寂静世界。

还有,随着人们生活水平的提高,多么需要一个绿树成荫、百花争艳的环境呀!试想,如果人们长期生活在一个没有树木花草,没有绿色植物的一片灰蒙蒙的环境里,将会是什么滋味?

森林——“地球之肺”

人们常说,森林是天然的蓄水库、是气候的调节器,也是保持水土的卫士。

有了森林,地面就不怕风吹水冲,水土不易流失。大风遇到防护林带,就被大大减弱;暴雨碰到了森林,力量也大大减弱,等雨水沿着树干慢慢地流到地上,被枯枝落叶、草根树皮所堵截,就容易渗透到地下去,而不会迅速流走。在少雨的季节里,这些储藏在地下的水,一部分汇成清流,流出林地,滋养农田,一部分经过树根的吸收、树叶的蒸腾,回到空中,又变成雨,再落下来。据计算,每15亩森林,在一昼夜间输送到空中的水汽,约为几千至1万千克。所以,林区的空气湿度一般比无林区要高,雨量也比无林区丰富些。

森林还能使气温不致太高,也不致太低。当地面有森林覆盖的时候,地面就不会受到太阳的暴晒,而且大量水分的蒸腾,吸收周围的热量,更可降低气温,所以,森林中夏季的气温一般要比当地城市低好几度;而林内地面的温度更比马路表面低十几度之多。又因为森林像顶伞一样遮盖着下面的土地,使森林里的热量不会一下子散发到空中去而迅速地降低温度,所以,当无林区很冷的时候,森林里仍然很暖和。

森林还是二氧化碳的吸收器和制造氧气的工厂,并且能够滞留空气中的粉尘和消除烟雾,使空气清新。此外,森林还有消除噪声和隔音的作用。有的树种还能减轻大气的污染。

许多国家的实践表明,当一个国家森林覆盖占全国总面积的30%以上,而且分布均匀时,就不会发生较大的风沙旱涝等灾害。

森林能够调节气候,也能保持水土,所以,植树造林是一项很重要的任务;而且,还要护林,如果任意破坏森林,必然会遭到大自然的惩罚。1998年夏季,我国发生长江整个流域的特大洪水,除了特殊的气候以外,在长江上游乱砍乱伐森林也是很重要的原因。

DNA和遗传密码

孟德尔发现了生物的遗传规律,摩尔根证明了控制生物遗传和变异的基因是存在于染色体上的,遗传学到这里是不是发展到顶点了呢?当然不是,随着人类科学技术的进步和研究手段的改进,科学家们又有了新的发现。

科学家们发现,染色体是由蛋白质和核酸(主要是被称为“DNA"的脱氧核糖核酸)组成的,那么,究竟是在蛋白质上携带着遗传信息呢,还是在DNA上携带着遗传信息呢?这个问题难倒了不少科学家。最终,还是一位名叫艾沃瑞的科学家把这个问题解决了。

DNA双螺旋结构的发现对进一步研究生命科学具有划时代意义为了解决这个问题,艾沃瑞设计了一个巧妙的实验,叫做肺炎球菌转化实验,肺炎球菌能够引起人的肺炎和小鼠的败血病。肺炎球菌有很多种菌株,但是只有光滑型的菌株可以致病,这是因为它们外面包有一层保护性荚膜,可以防止它们被宿主的自身保护机构所破坏。

艾沃瑞和他的同事们将能致病的光滑型菌株的DNA、蛋白质、荚膜分别分离出来,然后再分别同不能致病的粗糙型菌株一起注射到小鼠体内:他们发现,在这三组实验中,只有注射了含有DNA组分的菌株才会使小鼠得病死亡,而其他两组均不能使小鼠得病,注射以后的小鼠仍然能够正常存活,体内也监测不到有光滑型的致病菌株的存在。这个实验说明,只有DNA才能将粗糙型菌株变为能致病的光滑型菌株,从而使小鼠得病死亡。为了更进一步验证这个结论,他们还把光滑型菌的DNA用特殊的酶处理,将DNA破坏掉,再同粗糙型不能致病的菌一同注射到小鼠体内,小鼠也能正常生活,这两个实验充分说明,DNA才是真正的遗传物质,遗传信息也携带在DNA上。

DNA是一种特别长的高分子化合物。它的立体结构一直是科学家争相研究的项目之一。

美国的两位科学家沃森(Waterson)和克里克(Crick)在1953年提出了DNA的双螺旋立体结构模型,并因此而获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。DNA的双螺旋结构模型为分子遗传学和遗传工程的发展奠定了理论基础,其影响非常深远。

通常所见的DNA,从立体空间结构上来看,很像一架绕着中轴线向右盘旋伸展的长梯子,梯子两侧为两条核苷酸长链构成的扶手,扶手由磷酸分子和脱氧核糖分子交替连接而成,并向中间伸出碱基,两两相连,构成长梯的一个个横档。

DNA分子中的碱基共有四种,即腺嘌吟(A)、鸟嘌呤(C)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。这四种碱基以不同的顺序排列,就控制了地球上几乎所有生物的各种各样的性状。想不到,这么纷繁复杂、色彩斑斓的生物世界,竟然只是由这四种碱基决定的!这四种碱基中的两个碱基彼此相连,构成了DNA长梯的横档,这两个碱基就称为碱基对。所有DNA的碱基对的结合都是有一定规律的,即A只能与T互配成一对,C只能与C互配成一对。因此,在DNA中,碱基对都是A—T在一起,C—C在一起,很少出现例外的情况。

DNA分子在生物体内具有什么样的功能呢?首先,DNA分子能够进行自我复制,使得亲代个体能将自己的DNA复制一份传给子代,这样就可以保持DNA在一代代个体中的稳定性。其次,我们通常所说的基因,实际上就是DNA分子长链中的一个个片断,每个DNA分子上具有很多个基因,一个基因就可以控制生物体的一种性状。基因可以控制生命物质——蛋白质的合成,使得亲代性状在后代的蛋白质结构上反映出来,并使后代表现出与亲代相似的特征。正是由于DNA的这两个重要的生理功能,才会出现“种瓜得瓜,种豆得豆”的现象。

DNA分子的自我复制过程是非常复杂的,其中牵涉到许多酶的活动,其复制的过程大体如下:一个DNA分子复制时,是一边解螺旋,一边复制的,即DNA分子两条相互缠绕的长链,就像一条拉链一样,从每个碱基对的中间分开,形成两条单链,我们称之为母链;然后每条母链按照A—T、C—C的碱基配对规则,以每条母链作为合成子链的模板,从周围环境中选择合适的碱基和其他成分,形成了与两条母链分别相互对应的子链;与此同时,每条母链同与自己相对应的子链结合,形成了与原来DNA分子一模一样的子代DNA分子。

DNA分子控制蛋白质的合成这个过程也是极其复杂的,其中还需要另外一种核酸作为“中间人”才能完成,这种核酸叫做核糖核酸,一般称为“RNA”。RNA分子是一条单链,形状很像一条拆开的单链DNA分子:遗传信息的传递就是从DNA经由RNA,再按照遗传密码的规则,将氨基酸有顺序地排列、连接在一起,合成蛋白质,并将遗传信息表现在这种蛋白质的氨基酸排列顺序上。

什么是遗传密码?这是一个大家都非常感兴趣的问题。

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