從瑪土撒拉說起：植物長生不老的秘密

 

Borderea pyreneica. 圖片來源：網路

最長壽的動物大概就是硬殼蛤蜊與格陵蘭鯊魚，但是有大約100種樹木的壽命可以輕鬆地超過牠們；更不用提有大約30種樹木可以存活超過一千年。最長壽的樹木是被稱為「瑪土撒拉」（Methuselah）的刺果松，其年齡接近5000年。另外，在美國猶他州的潘多森林（Pando Forest），是個由47000個美洲山楊（Populus tremuloides）所組成的群體，據信也已經存活超過14000年了。

而且，並不是只有木本植物才能活這麼久。在庇里牛斯山的Borderea pyreneica的塊莖，也被認為已經存活300年了。

在我們眼前的大自然中，植物以其驚人的壽命和對環境的持久適應能力，展示了生命力的極致。

從單一種子中誕生的巨大森林，到能夠經歷數千年季節更迭的古老樹木，以及年年歲歲都從土中萌芽茁壯的薯蕷，植物的生命週期和發育策略向我們顯示了生物學上一些最引人入勝的奧秘。到底為什麼植物能活這麼久呢？

植物生長和發育的核心，是分生組織（芽頂分生組織和根頂分生組織）。這些組織包含具有高度多能性和分裂活性的幹細胞，能夠透過一系列精確調控的信號途徑，不斷地進行有序的細胞分裂和分化，形成植物的各種組織和器官。分生組織的動態平衡和發育受到細胞周期調控、植物激素信號、以及基因表達調控網絡等多重因素的精細調控。所有植物器官（包括生殖結構），都是由分生組織持續增殖形成的。只要分生組織保持活躍，植物就可以繼續長大。

植物的長壽也與其在遺傳穩定性和對突變防範方面的獨特機制密切相關。植物細胞具有一套嚴密的基因組監控系統，能夠有效檢測和修復DNA損傷，確保細胞功能的完整性和基因組的穩定。此外，植物幹細胞的分裂頻率相對較低，特別是在分生組織的中央區域有一小群細胞是靜止或非常慢速分裂的幹細胞，這有助於降低DNA複製過程中由於DNA聚合酶的錯誤而導致的突變累積。這一分裂模式在生物學上稱為「非交換性分生組織分裂」（anticlinal meristematic division），它不僅有助於保持遺傳穩定性，還能在長期內支持持續的生長和發育。

儘管有這些保護機制，多年生植物在其漫長的生命週期中仍可能面臨細胞分裂過程中累積的突變壓力。近期的研究表明，雖然這些突變累積可能影響植物的生理功能和繁殖能力，但對於植物整體生理衰老的貢獻程度尚不明確。在無性繁殖的植物群體中，隨著年齡的增長，某些繁殖性能，如美洲山楊的花粉活力就呈現逐漸降低的現象，這可能反映了分生組織在不斷分裂過程中累積的突變效應。

此外，植物的模塊化生長策略在生態和進化層面上提供了顯著的適應優勢。植物體由獨立發展的模塊組成，這些模塊並沒有哪一個是不可或缺的，任一模塊在受損或環境條件變化時可以被獨立地替換或更新。這種生長方式不僅提升了植物對外部壓力的抵抗能力，還使它們能夠靈活地調整生長策略以適應多變的環境條件。在進化生物學上，這種策略被認為是植物對其固著生活方式的一種適應，能夠有效地利用和響應局部環境資源和條件。

另外是，植物不會受到惡性腫瘤的影響。雖然植物也會長瘤，但因為細胞壁的限制，所以瘤不會轉移當然也無法不受控制地擴散。

總的來說，植物的長壽和發育策略是其獨特生物學特性的綜合體現，涉及從分子到生態的多層面互動。這些策略為植物在漫長的時光中保持生命力和適應性提供了基礎，同時也為我們理解和利用這些生物學奇蹟提供了豐富的可能性。

參考文獻：

Volkava D, Riha K. Growing old while staying young : The unique mechanisms that defy aging in plants. EMBO Rep. 2024 Jan 26. doi: 10.1038/s44319-024-00062-4. Epub ahead of print. PMID: 38279018.