老葉的植物王國

圖片作者：NotebookLM  什麼是記憶？ 記憶指得是系統能夠儲存一個刺激所帶來的資訊，並在一段時間後再次調用，影響後續反應。 在這個定義下，是否有神經系統反而不是關鍵問題。 有研究團隊證實，植物的確可以「記住」某件事，並且在多日後針對這件事，調整自己的反應。 看文章

  圖片作者：NotebookLM 「學習」這個詞，直覺大概會聯想到：神經元、突觸、記憶、甚至大腦。 那麼既沒有神經也沒有腦的植物，會有學習能力嗎？ 2016年有一群科學家設計了一個實驗，想看看植物能不能像巴夫洛夫的狗一樣， 聽到鐘聲就知道開飯了～ 看文章

  圖片作者：NotebookLM 提到光害，大家總是會先想到動物：如小海龜無法回到大海之類的。 最近有篇論文發現：光害也會影響植物，甚至會造成植物呼吸作用加劇！ 看文章

  圖片作者：ChatGPT 當我們看到一棵高大的樹，直覺就會認為它一定年紀很大。這種直覺在森林裡往往是正確的，因為木本樹木每年透過形成層不斷加粗加高，高度與年齡確實相關。可是，如果換到草原上的多年生草本與小灌木，這個直覺還能用嗎？ 最近有一個研究團隊針對這個說法，對植物做了研究～ 看文章

百脈根。By I, Suisetz , CC BY-SA 3.0,   想像一下，你開了一家餐廳，平常得依靠廚師每天早上去打魚，才能有新鮮的海產做菜。某天漁港送來了免費又源源不絕的海鮮，還包送到門口——這時候，你還會那麼認真檢查哪個廚師捕的魚比較多嗎？ 對植物來說，在有肥料的時候，植物對於自己周圍的微生物會做什麼呢？ 看付費文章

圖片作者：ChatGPT  你知道嗎？植物在乾旱時會「尖叫」──雖然人類聽不到。 在2023年，以色列的研究團隊首次發現，植物在乾旱或受傷時，會發出人耳聽不見的超音波點聲。這些聲音雖然我們聽不到，但是很多昆蟲，尤其是蛾類，正好能聽見這段頻率。 最近他們發現：聽到聲音的蛾，會「敬鬼神而遠之」喔！ 看文章

  製表：老葉 昨天看了一篇最多人研究的細菌的論文，就想到，對植物來說，哪些微生物最重要呢？ 大家來討論討論，你覺得哪些微生物對植物很重要呢？ 看文章

  圖片來源： 維基百科 植物大約在4.7-4.5億年間登陸，水裡與陸地的環境大不同，登陸的植物，會產生怎樣的變化呢？ 科學家研究了37種植物，分別是藍綠菌、綠藻、輪藻、鞘藻、苔蘚、維管束植物，發現植物為了適應陸地的生活，做了非常多的努力，也走了一些捷徑喔！ 看文章

  圖片作者：ChatGPT 想去火星、甚至去更遠的地方，免不了要帶著植物（農業包裹）一起去。但是太空旅行對植物會產生什麼影響呢？ 看文章

  圖片作者：ChatGPT 2023年發表在《細胞》上面的那篇關於植物會出聲的文章，引起了非常多人的關注。畢竟，我們認知的植物是安靜無聲的，如果植物生病、受傷、缺水會叫，那是否代表著植物並不如我們想像中那麼無感呢？ 最近有一篇回顧論文，討論關於植物是否真的會對聲音有反應。 過去曾有許多不同的研究發現，用聲音可以刺激植物；如「蜂鳴授粉」（buzz pollination），以及延遲果實成熟等反應。而分子層面的研究也發現，聲音的確可以引發基因表現的改變。 但是，還是很難分辨到底今天植物是真的「聽到」聲音，還是只是感受到音波的震動。而且，植物到底用什麼器官去聽呢？ 曾有研究團隊發現，阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）與番茄的葉毛（trichome）會隨著音波擺動。但是，能夠讓葉毛擺動的聲音，大抵上都是高頻率的「噪音」。而且，這還是可能只是震動帶來的效果。 也有人提出，植物可能是使用對物理性刺激有反應的離子通道（mechanosensitive ion channels）。不過，這部分還沒有得到證實。 總而言之，目前科學家們還是不知道植物用什麼來「聽」聲音（如果它確實會聽的話），而植物之間是否會透過聲音來聯絡呢？目前也仍屬未知。 參考文獻： Son, J.-S., Jang, S., Mathevon, N. and Ryu, C.-M. (2024), Is plant acoustic communication fact or fiction?. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19648

圖片來源：維基百科   理解生態系統如何對環境變化做出反應是重要的，因為從過去的經驗得知，我們對生態的理解往往不夠全面。從「食物鏈」到「食物網」，我們逐漸理解生態系統的複雜，但仍然遠遠不夠。 透過瞭解哪些因素促進或妨礙生物多樣性的持續，我們可以更好地保護生態系統並制定有效的保育策略。透過研究，我們能夠理解生物群落的穩定性與它們結構特性之間的關係，從而更全面地理解生物多樣性的維持機制。 最近的研究探討了實驗性植物-授粉者社群中物種的時間持續性與互動網絡結構之間的關聯。研究團隊開發了一個基於結構主義的模型，透過對12個獨立社群進行六年的高解析度研究，確認了那些在實地擁有更持續性的授粉者物種，理論上能夠承受更廣泛的環境變化。 他們發現，植物-授粉者互動網絡的結構對物種的時間持久性有重要影響。網絡中物種的連接方式（例如，專家與通才物種的比例）和網絡的整體結構（例如，是否形成巢狀結構）決定了物種對環境變化的抵抗力。網絡結構穩定且多樣化的社區能夠更好地維持物種的時間持久性，因為它們提供了更多的緩衝和適應環境變化的機會。 舉例來說，如果一個社群中有許多專家授粉者（只對特定植物授粉，如某些蜂鳥），以及能夠適應多種植物的通才授粉者（可以授粉給多種不同植物的授粉者，如蜜蜂），這種多樣性可以在某些植物或授粉者因環境變化而減少時提供緩衝。此外，如果授粉者與植物之間的互動形成了巢狀結構，即不同物種之間存在重疊的授粉關係，這樣的網絡更能抵抗物種單一消失對整體社群的衝擊。 更持續性的授粉者物種，通常是那些能夠適應多樣環境條件和食物來源的物種。這些物種在其所在的生態系統中扮演著關鍵角色，因為它們的存在增加了整個系統的穩定性和抵抗力，使其更能夠應對環境變化和擾動。 如果一個社群中主要是專家授粉者，則該社群對特定植物和環境條件高度專化。這可能導致該社群對環境變化特別敏感，因為專家授粉者和其對應植物之間的相互依賴關係極為緊密。如果這些特定植物因環境變化而減少或消失，專家授粉者可能無法適應其他植物，導致整個社群的穩定性受到威脅。 具體哪些物種屬於持續性物種，則需要依據各個研究地點的具體情況和數據來分析。例如，一些野生蜜蜂物種因其能夠授粉給多種植物而在許多生態系統中顯示出較高的持續性。它們能夠適應不同的環境條件和食物來源，使生態系統在面對環境變化時更具有彈性。 研究團隊發現，持續性...

  圖片作者：ChatGPT 鐵（iron, 元素符號Fe）是植物的必需元素之一，雖然不是必需元素中的巨量元素，但是植物對它的需求量其實已經逼近巨量元素了。 由於葉綠素（chlorophyll）的合成需要鐵，所以缺鐵的植物會出現黃化（chlorosis）現象。黃化由葉脈開始，逐漸拓展到葉脈之間，最後整片葉子都變黃。不止是葉綠素需要鐵，粒線體（mitochondria）內的許多蛋白質也是含鐵的蛋白質，鐵對植物是非常重要的！ 鐵在中性及鹼性的土壤中極易沉澱，所以植物很容易缺鐵。為了抓住鐵離子，植物演化出許多策略，包括分泌氫離子使土壤變酸好溶解鐵，合成螯合化合物（chealating agents）與植物鐵載體 （phytosiderophores）來抓住鐵離子、在根表面特化出特殊的細胞來吸收鐵等等。 但是鐵對所有的生物都很重要，土壤中除了植物以外，還有與植物共生的細菌以及其他的細菌等等。那麼，在缺鐵的時候植物如何應對呢？我們之前曾經介紹過，植物會容忍與其共生的微生物，但是在缺鐵的時候，植物是否會轉而與這些小幫手們針鋒相對呢？ 最近美國沙克研究所（The Salk Institute）的研究團隊發表的研究成果，解開了這部分的謎題。 研究團隊使用細菌的鞭毛蛋白flg22來模擬微生物存在。研究團隊發現，在與鞭毛蛋白flg22共同處理後，缺鐵的情況顯著惡化，但在使用非抗原性形式的鞭毛蛋白flg20處理時則未出現這種情況。這顯示flg22可能會在缺鐵時抑制植物根部對鐵的攝取，也就是說，當植物被病菌入侵時，它們會選擇不吸收鐵。 為了驗證這個假設，研究團隊測量了鐵螯合還原酶（ FCR ）的活性和鐵調節運輸蛋白1（ IRT1 ）的表現，它們都是阿拉伯芥中典型的缺鐵反應的一部分成員。缺鐵時若沒有flg22，根中的 FCR 活性會被誘導，而若有flg22， FCR 活性就不會被誘導。同樣地，缺鐵也會誘導 IRT1 ，但有flg22時，即使缺鐵， IRT1 的表現量還是不會上升。總而言之，這些都顯示flg22引發的免疫反應可以抑制缺鐵反應。這也意味著如果在缺鐵的時候有細菌入侵，植物不會提高自己吸收鐵的能力。 既然flg22引發的抑制效果顯著，那麼其他微生物呢？研究團隊測試了來自細菌的elf18，另外還測試了幾丁質和來自真菌的化合物。像flg22一樣，elf1...

  胡蘿蔔。圖片來源：維基百科 於十世紀在中亞馴化的胡蘿蔔（carrot， Daucus carota subsp. sativus ）本來是黃色或紫色的。橘色的胡蘿蔔大約在十五世紀初出現在西歐（可能是來自白色與黃色胡蘿蔔雜交），很快地因為類胡蘿蔔素的甜味受到喜愛（雖然有些人也因為這樣的味道而厭惡它）。 到了二十世紀初期，研究者發現橘色的胡蘿蔔有療效，而類胡蘿蔔素（beta-carotene）的名字也是由胡蘿蔔而來。 但是，到底是什麼基因讓胡蘿蔔「爆橘」呢？最近的研究發現，要讓胡蘿蔔變成橘色，竟然需要同時關掉三個基因！ 這三個基因是： REC1 , Or 與 EX1 。 美國的研究團隊，為了了解胡蘿蔔「爆橘」的關鍵，分析、定序了630種胡蘿蔔品系。他們發現，只要這三個基因裡面有一個是開啟的狀態，胡蘿蔔就不是橘色的。當這三個基因同時被關掉時，色素會累積，造成橘色的胡蘿蔔。 由於這三個基因位於不同的染色體上（胡蘿蔔有九對染色體），所以在世界各地可能會有不同光譜的橘色胡蘿蔔出現。科學家們翻閱十七世紀的歷史文獻也發現，在當時有「比較」橘與「比較不橘」（可能沒有完全關掉）的胡蘿蔔。當然最後都是比較橘的胡蘿蔔勝出啦。 參考文獻： Coe, K., Bostan, H., Rolling, W. et al. Population genomics identifies genetic signatures of carrot domestication and improvement and uncovers the origin of high-carotenoid orange carrots. Nat. Plants (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01526-6

治療動物疾病會打針（注射），植物生病是否也能打針呢？過去曾看過新聞報導提過幫植物打針，不過看過的都是 以粗大的針打進植物樹幹 內，或是直接 在樹幹上鑽孔 。 最近麻省理工學院（MIT）的研究團隊研發了以絲製造的微針來注射植物，可以將藥品直接注射到生病的部位（根、莖），由於微針的絲材質經過改良，親水性比天然絲更高，注射後針會慢慢的分解。 雖然目前這個技術還停留在實驗室研究階段，研究團隊希望有朝一日可以廣泛應用在農業上。 參考文獻： Yunteng Cao, Eugene Lim, Menglong Xu, Jing‐Ke Weng, Benedetto Marelli. Precision Delivery of Multiscale Payloads to Tissue‐Specific Targets in Plants. Advanced Science, 2020; 1903551 DOI: 10.1002/advs.201903551

北投地熱谷。圖片來源： Wiki 去過北投的 地熱谷 嗎？地熱谷的形成是因為過去大屯火山區曾經發生火山活動，雖然現在火山活動已經停止，但是地底下仍然有岩漿庫，所以存在於地層孔隙中的地下水，就被被高溫的岩漿庫加熱，於是就形成了溫泉。當然不是所有的地熱區都有溫泉，不過北投地熱谷的確是溫泉區。筆者小時候去過，當時只是震懾於那蒸騰的溫泉所形成的奇景、完全沒有注意旁邊有沒有其他不一樣的事物⋯（還有就是想煮蛋） 或許有些人跟筆者一樣（誤），不過並不是所有的人都是這樣的。在不同的國家裡都存在著一種人，他們對於什麼樣的植物能生長在地熱區非常感興趣，也針對這些地熱區進行了許多調查。由於地熱區下方都有岩漿庫，所以越往下溫度就越高，這使得大部分能長在地熱區的植物都是淺根的，如苔蘚、地衣之類。能夠長在地熱區的維管束植物，頂多就是矮小的灌木而已。 但是位於紐西蘭北島的陶波火山區（Taupo Volcanic Zone）不大一樣。主要覆蓋陶波火山區的植被是木本維管束植物。因此，紐西蘭的研究團隊決定要進行當地的植被調查。 除了調查植被狀況之外，當然也要一起探勘土壤的溫度（地表下十公分）以及土壤的狀況。為什麼要瞭解土壤的狀況呢？因為在許多地熱區都有共同的特點，受到火山活動的影響，地熱區的土壤普遍偏酸或偏鹼、含有較高量的特定金屬離子（如鋁）等。 研究團隊依九種不同的植被單位，挑選了20個區進行調查。平均而論，當地的土壤屬於強酸性（pH值 4.3），有很高量的鋁（77 mg/kg）及硫（2347 mg/kg）。土壤平均溫度為攝氏24.8度，但不同區塊間落差甚大，最低的為攝氏7度、最高的是攝氏98.5度。 在這些地區找到的維管束植物中，大部分還是當地常見的植物。其中分布較廣的是昆士亞屬的 Kunzea tenuicaulis 、貝葉石楠屬的 Leucopogon fasciculatus 、薄子木屬的 Leptospermum scoparium 這三種灌木；超過五分之一的區塊都可以看到它們的出現。除此之外唯一可見的樹木是萬靈木屬的 Weinmannia racemosa 。除了這些以外，還有同屬於薄子木屬的  L. fasciculatus 與 L. scoparium ，林檎石南屬的 Leptecophylla juniperina ，以及茜草科的 ...

含羞草。圖片來源： wiki 動物可以透過反覆練習來學會一項技能，植物是否也有學習的能力呢？ 要測試植物是否能學習，首先就會遇到一個問題：如何建立一個系統證明植物會學習。畢竟植物不是動物，身為動物的我們，要教導植物某一件事或許不難，但是要如何幫植物「考試」、確定它已經會了，這部分可真的不簡單。 來自澳洲的研究團隊，決定以含羞草（ Mimosa pudica ，the sensitive plant）為樣本進行測試。研究團隊做了一個植物的「大怒神」系統，可以讓含羞草在相同的短時間內往下垂直掉落15公分。當含羞草坐完「大怒神」以後，它的葉子會閉合一段時間再慢慢打開；等到它的葉子完全打開以後的5-10秒，再讓它坐一次「大怒神」。 這樣反覆在一天內進行60次（含羞草：我不要坐那麼多次大怒神啦！）以後，研究團隊發現含羞草的反應變小了。而且，在高光度與低光度下生長的含羞草，對於反覆刺激的反應明顯的不同；在低光度（每平方公尺每秒照射90微莫爾的光子）下的含羞草，在反覆刺激以後，很明顯的有反應變小的現象。 但是，這真的是學習行為嗎？會不會是含羞草被搖到彈性疲乏了？為了證明含羞草不是因為被搖到彈性疲乏，研究團隊設計了另一種刺激：「大地震」！將植物放在震盪器上面，以每分鐘250下的速度搖五秒。如果換另一種刺激，含羞草可以馬上做出反應；就顯示了它並不是彈性疲乏，而是對於同一種刺激的反覆出現，它習慣了、並決定不予理會。 實驗結果發現：坐過幾十次「大怒神」的含羞草，在換玩「大地震」以後，還是可以立即做出反應。這顯示了，含羞草真的有學習的能力唷！只是，為什麼在高光度下（每平方公尺每秒照射230微莫爾的光子）的含羞草在反覆刺激以後，反應不會明顯變小呢？ 讓我們先想想含羞草為什麼要「羞」。我們都知道含羞草只要一碰，葉片就會閉合；如果碰觸的強度夠高，不只是葉片會閉合，連葉柄也會跟著下垂。碰觸的刺激意味著什麼呢？ 在自然界，碰觸的刺激表示附近可能有吃草的動物開始「甲崩」。而閉合的葉片與下垂的葉柄，可以讓含羞草在食草動物的視覺範圍內消失（請參考下面兩張取自維基百科的圖）。 被碰觸之前的含羞草。圖片來源： Wiki 被碰觸之後的含羞草。圖片來源： Wiki 草不見了，吃草的動物當然就不會去吃它；所以含羞草藉著「害羞」的動作，可以減少自己被吃掉的機率...

植物如何避免自己被曬傷？不知道有多少人認真想過這個問題。筆者的一位同事，有個非常可愛的小朋友；有一次，她問我為什麼植物每天站在太陽下面那麼久，也沒有撐傘、擦防曬，也不能跑到屋子裡面躲起來，怎麼都不會曬黑呢？ 其實植物如果過度曝曬，也是會曬傷的；但是植物曬傷不會曬黑，而是曬白。聽起來好令人羨慕不是嗎？ 先別羨慕，其實植物曬白了也是曬傷，由於接收了太多的光子，造成光合作用的電子傳遞鏈產生電子大塞車， 光合作用之光反應。圖片來源： wiki 塞車的地點主要位於PQH 2 的部分，因為當它由第二光系統（photosystem II，PSII）接收到電子時，接下來要靠它自己在類囊體膜（thylakoid membrane，如圖所示之膜即是）以擴散作用慢慢的移動到細胞色素 b 6 f （cytochrome b 6 f ）處，將電子交給細胞色素後，再回去PSII接收下一對電子。 由於這個步驟僅能以擴散作用來進行，因此PQH 2 要花費幾個毫秒（millisecond，ms）才能將電子送到細胞色素 b 6 f 那裡。毫秒就是千分之一秒，看起來似乎很短；但是，如果跟PSII裡面的色素間的能量傳遞速度相比，毫秒其實是非常慢的。怎麼說呢？原來，在PSII裡面進行的能量傳遞，只需要幾個微秒（microsecond，μs）就傳過去了。微秒是毫秒的千分之一喔！所以，當有過多的光子（陽光太強）的時候，自然就會在PQH 2 發生大塞車啦！ 塞車的結果就是：有些PQH 2 上面的電子就會開始離開，到處亂跑，去還原其他不該被還原的分子，然後最後葉綠體就會因為這樣而被燒壞，等到整個細胞的葉綠體都被燒壞，那顆細胞也死了，然後...這樣死掉的植物細胞，因為沒有色素而變成白色...所以就「曬白」了！ 植物當然不想被曬傷，我們會為了避免被曬傷而合成黑色素，植物為了避免被曬傷，變出了很多花樣來保護自己。這些花樣包括：讓葉綠體「疊羅漢」以及合成許多可以吸收多餘的光能的分子等等。 讓葉綠體疊羅漢這部分，因為考慮到文章的長度，所以在這裡我們就先不提；第二個部分，過去已經知道，植物裡面的葉黃素（xanthophyll）以及類胡蘿蔔素（carotenoid），還有類黃酮素（flavonoids and isoflavonoids）都具有這方面的功能。而最近，法國的一個研究團隊又發現一族...

有許多調查發現，全球暖化使得植物往高緯度、往上（高海拔）移動（1）；而對於有些原本就生活在高海拔地區的植物來說，暖化可能會使他們失去原棲地而滅絕（2）。根據周昌弘院士的研究，台灣從1906至2006年之間在氣候暖化影響下，在合歡山區的中高海拔野生植物，每年以3.6公尺速率往高海拔遷移生長，如此下去，有六種高山植物恐怕會滅絕（3, 4）。 但是，最近的一個大規模的研究卻發現：全球暖化的確會造成植物移動，但是這個移動不見得一定是往高緯度或高海拔地區移動（5）。 華盛頓大學（University of Washington）的研究團隊，收集了過去40年將近300種植物的地理分布資料，涵蓋的區域從加拿大北部的洛磯山東麓，到內華達州的Sierra Nevada mountain西邊。接著他們把這些資料與過去40年來的氣象資料（包括溫度、雨量、降雪等）一起作比較與分析。 當第一次分析的結果出來時，他們還以為算錯了。因為他們的結果是：植物往低海拔（向下）移動了。 於是他們再分析了一次，結果還是一樣：植物往低海拔區域移動。 於是他們仔細地檢視了資料，發現植物往低海拔地區移動的原因是因為：全球暖化造成高海拔區域的降雨與降雪明顯減少，於是植物為了水分，只能往低海拔區域移動。 這個研究結果提醒了我們，生物在氣候變遷時，所要適應的不僅僅只有溫度。雨量/降雪的變化，也會影響到植物的生存。雖然往低海拔移動代表氣溫變得更熱，但是面對「水」這項立即的考驗，或許氣溫的變化對植物造成的害處較小。 或許氣溫的變化相比於降水（雨/雪）來說，對植物的生存影響較低；但有些對溫度變化適應力較低的植物，氣候暖化還是會使他們走向滅絕吧？就如動物中的兩棲類是遷徙能力較低的，這幾年也發現兩棲類受到氣候變遷的影響最大。只是不知道之前周院士所列舉出的六種高山植物（玉山抱莖籟簫、細葉山艾、巒大當藥、玉山金絲桃、玉山當歸與阿里山薊）是否對於溫度變化適應力較低？或者在考量氣溫與降水的雙重標準後，有更多其他的種類需要被列入？ 全球暖化造成氣候變遷，使得植物必需往更適合的區域移動。 圖片來源： 維基百科 除此之外，全球暖化對降水的另一個影響是綿綿細雨減少，暴雨增加；如此一來，是否也會對植物造成不一樣的壓力呢？當總降水量不變，但降雨次數減少時，代表植物需要有更好的抗旱/澇能力，這樣的考驗，是否...