跳到主要內容

全世界最長的植物學實驗

 

威廉‧詹姆斯‧比爾。圖片來源:維基百科

1879年,當時在密西根州立大學工作的比爾(William James Beal,1833-1924)在校園的一個角落埋下了20個瓶子。每個瓶子裡面都裝了21種植物的種子,每種各50顆。種子被均勻地混和在沙子裡,瓶口朝下以防止水分滲入。

比爾博士接著畫了一個地圖,標出這20瓶種子埋藏的地點。他原先的計畫是,每五年在日出前挖出一個瓶子,並將瓶中的種子種下,看看這21種植物究竟可以被埋藏多久還能發芽。選擇在日出前挖出這些瓶子,只是為了防止其他還沒被挖出的瓶子裡面的種子提早見到光;畢竟光線是刺激種子發芽的重要因素之一。

隨著時間過去,接手的科學家們開始覺得這個實驗可以做久一點。於是,他們把挖出瓶子的時程拉長,從五年拉長到十年、二十年(1980年開始改為每二十年挖出一瓶)。

在2000年那年,科學家們挖出了一個瓶子,這次21種植物裡面只有兩種發芽,其中一種有超過一半的種子成功發芽:毛瓣毛蕊花(Verbascum blattaria。毛瓣毛蕊花原生於歐亞大陸與北非,是美洲的入侵植物,甚至科羅拉多州將其列為「害草」(noxious weed)。它們的種子顯然生命力旺盛,在被埋藏了超過一世紀,還能成功地發芽、開花。另一種發芽的植物則是圓葉錦葵(Malva pusilla,在冷處理後有一顆種子發芽。

原本應該在去年(2020)挖出新的一瓶,但因為2019冠狀病毒病的緣故,只能延後到2021年。當然,過去也曾經發生過這樣的事情,如1919年該挖出一瓶,但可能是因為西班牙流感而延後到1920年。

今年(2021)挖出的這一瓶,並沒有馬上被種下去。研究團隊打算把那些在實驗中早已無法再發芽的種子取出一部分(如1914年後就不再發芽的御穀[Setaria glauca]),來研究它們的基因體。

另外,研究團隊也會將這些種子做不同的處理。2000年時,以低溫處裡這些種子,讓圓葉錦葵發了芽;今年他們會以煙霧處理這些種子,看看能不能讓其中的裂葉昭和草(Erechtites hieraciifolius發芽。裂葉昭和草這類的植物因為在森林大火後可以感受到煙霧中的化學分子而快速發芽,因此被稱為fireweed。但這些種子在這個實驗中都沒有發芽,或許是缺乏適當的(煙霧)刺激也未可知。

如果繼續維持每20年挖出一瓶種子,最後一瓶種子會在2100年被挖出來;屆時你我都不在世上了!想像在密西根州立大學,每隔幾年就會有資深教授在新進老師中挑選合適的人選,將地圖交給他(她),跟她(他)說:你要記得在20XX年去挖出一瓶種子,然後做發芽的實驗...很酷不是嗎?

過去曾有埋藏3000年的蓮子還能發芽開花,也曾有三萬多年前的狹葉蠅子草還能發芽;其實筆者覺得更有趣的題目應該是:怎樣保存種子,可以讓它們持續地有活力?

更新:在4月23日,毛瓣毛蕊花發芽了~就如過去N年一樣~不過根據紐時最新的報導,他們認為一開始比爾真正想要放進去的是同屬的另一個植物「毛蕊花」(Verbascum thapsus),但是放錯了。

參考文獻:

One of the World’s Oldest Science Experiments Comes Up From the Dirt. New York Times. April 21, 2021.

One of the World’s Longest-Running Experiments Sends Up Sprouts. New York Times. May 11, 2021.

留言

這個網誌中的熱門文章

關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

蕃薯( Ipomoea batatas )從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料,最後在養生的風潮下,再度躍上餐桌,成為美食,可有人關心過,我們吃的蕃薯是什麼品種嗎? 圖片來源: 農委會 上面這張照片裡的蕃薯,中間的TN57與TN66,就是台農57號與台農66號,是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔! 台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種(Nancy hall)雜交育成。它黃皮黃肉,目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟,適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四~十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去,協助他們解決糧食問題呢! 至於台農66號呢,就是所謂的紅心蕃薯啦!台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出,1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣,幾乎全年皆可栽種,秋冬作五個月可收穫,春夏作四個月就可以收穫囉! 最右邊的台農73號,就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦!它是在1990年以台農62號(♂)x清水紫心(♀)雜交後,在2002年選拔出優良子代CYY90-C17,並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色,所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素,具抗氧化功用。 至於常吃的蕃薯葉,則是以桃園2號與台農71號為主,這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃,而且莖葉不易倒伏,方便農民採收喔! 如果您愛吃的是蕃薯的加工食品,如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥,其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔! 參考文獻: 蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。 行政院農委會。 甘藷主題館 。

怎麼辦到的?變形藤(Boquila trifoliolata)模仿塑膠植物

  左:原來的葉片。右:模仿的葉片。圖片來源: 期刊 之前我們提到過一種奇妙的植物「變形藤」( Boquila trifoliolata ),它原產於南美洲智利中、南部與阿根廷。在2014年就被發現它 為了減少自己被吃 ,發展出奇妙的變形能力:爬到誰身上就長得像誰。 後來在2021年 發現 ,它不只是形狀學得像,連人家身上一大半的細菌都搬過來了。這就奇妙了。 為什麼「變形藤」能夠學得這麼像呢?是寄主植物釋放了揮發性化合物?還是寄主植物跟它進行了基因的交換?還是它真的能「看」? 研究團隊這次用了塑膠植物給它模仿。塑膠植物沒有基因、也不會釋放揮發性化合物,這樣就可以排除前兩個因素了。 結果「變形藤」還是學得維妙維肖,而且,一個月以後,它還學得更像。 難道它真的會「看」嗎?只能說這棵藤本植物真是太奇妙了。 參考文獻: White J, Yamashita F. Boquila trifoliolata mimics leaves of an artificial plastic host plant. Plant Signal Behav. 2022 Dec 31;17(1):1977530. doi: 10.1080/15592324.2021.1977530. Epub 2021 Sep 21. PMID: 34545774; PMCID: PMC8903786.

光合作用的循環電子傳遞(cyclic electron flow)的調節

  圖片來源:維基百科 光合作用(photosynthesis)分為光反應(light reaction)與碳反應(Calvin-Benson cycle)。其中光反應為將陽光的光能轉換為化學能(ATP)與電子(NADPH)的過程。光能由光系統I或光系統II接收並轉換為電子進行傳遞,傳遞的過程中部分的能量被細胞色素b6f複合體(cytochrome b6f complex)擷取,提供植物將氫離子(H + ,proton)由葉綠體的基質(stroma)運輸到類囊體腔(thylakoid lumen)中,製造氫離子梯度(proton gradient),以提供ATP合成酶(ATP synthase)用來合成ATP;電子本身最後被傳送給NADP,產生NADPH用來在碳反應中做為還原電子使用。 上述的過程(稱為線性電子傳遞linear electron flow)並非光反應唯一會進行的反應。除了線性電子傳遞,植物也會進行所謂的循環電子傳遞(cyclic electron flow):電子在由光系統II→細胞色素b6f複合體 →光系統I之後,不將電子運送給Fd-NADP + 還原酶來產生NADPH,而是將電子送給一個Fd-PQ還原酶。由於接著Fd-PQ還原酶會把電子交還給細胞色素b6f複合體,所以被稱為循環電子傳遞。 循環電子傳遞到底有什麼樣的功能,目前還沒有定論。有些科學家認為植物用它來調節能量(ATP)與電子(NADPH)的產生比率,也有些科學家認為循環電子傳遞有保護植物免於被過量光能傷害的功能。不管怎麼說,近年來的研究卻發現了幾個基因與循環電子傳遞的調節有關。 第一個被發現的基因是 PGR5 (PGR=protein gradient)。缺少 PGR5 的阿拉伯芥無法形成氫離子梯度,也就是說 PGR5 為光反應所必須。但是 PGR5 長得一點都不像電子運輸蛋白,這就引起了科學家們的興趣。 後續的研究發現了另一個基因稱為 PGRL1 (PGR5-like 1)。研究團隊發現,缺少 PGRL1 會造成 PGR5 不穩定,但缺少 PGR5 並不會影響 PGRL1 的穩定性。 最近又發現了另一個基因 PGRL2 。研究團隊發現,缺少 PGRL2 對光合作用沒有影響,但是在植物中過量表現 PGRL2 會使 PGR5 的穩定性下降。同時缺少 PGRL2 與 PGRL1 的植...