植物形态的智慧生命有无可能在宇宙中存在呢？ 第1页

“植物形态”通常是指拥有具膜的色素体、呈现分形构造之类，与“智慧”没有特别的冲突，“植物形态的智慧生命”有可能存在。其实，地球植物看起来也没傻到哪去。

这类问题我是答过的，因此以下再放送。有少许修改。

地球型光合生物成为智慧生物的基本路线有两条：

一、在地球植物已经表现出的生理功能基础上发展；

二、由同时具有动物与植物特征的物种去发展。

1.1 地球植物有产生思维的潜力

现实中，地球上的植物能感知多种环境变化^[1]并做出回应。大量研究表明许多植物能彼此进行交流，一些物种能通过编制气味与昆虫交流。植物能记住过去的感染和所经历的天气条件，然后根据记忆改变当下的生理状况。

尚未发现任何地球植物具有意识或制造工具，因此认为地球植物已经有智力的观点仍有很大争议。但也有意见认为意识不是智力的必要组成部分。

植物的根尖有一个厚度不到1毫米的特定区域，这个小区域消耗植物体中最高比例的氧气，产生向前生长的信号。虽然一个根尖只有几百个细胞能显现出这种功能，但是植物的根尖非常多，比如黑麦有1150万个根尖。100多年前，达尔文和儿子弗朗西斯^[2]进行了一系列巧妙的植物学实验，证明植物可以感知光、水分、重力、压力等环境状况来确定根生长的最佳轨迹。在儿子协助下，达尔文于1880年写了一本名为《植物运动的力量》的书，讨论植物的每一个动作。在最后一章中，达尔文写道：“毫不夸张地说，植物的根尖有指导毗邻部位运动的力量，就像低等生物的大脑。”

已经在植物体内发现了电信号系统和化学信号系统。植物细胞会通过电信号来传递信息，植物体内也发现了动物体的神经递质：乙酰胆碱、五羟色胺、多巴胺、谷氨酸等。植物的脱落酸也可能在一些场合发挥神经递质的功能。

当植物受伤或者感到压力，它们就会制造乙烯，工作原理类似动物的麻醉剂，能让植物进入反应迟钝的状态，在这样“打盹”的时候，捕蝇草会错过路过的昆虫。

2006年8月，美国纽约植物园的Brenner和华盛顿大学的Van Volkenburgh等人在植物学权威杂志Trends in Plant Science撰文^[3]，提出植物神经生物学的概念，在此之前也有人提出过类似的概念。很多学者反对这种提法，2007年便有学者在同一杂志撰文建议植物学科研共同体开除植物神经生物学，因为植物并没有神经系统。植物神经生物学的倡导者则称他们只是说有类似结构。

1983年，科学家声称树木可以彼此警告食叶昆虫即将到来。植物通过气味进行通讯的现象已经在很多植物身上得到了反复验证，包括大麦、绢蒿、桤木在内。金合欢树会产生丹宁酸以阻止动物啃食自己，被啃过的金合欢树叶会释放一种气味，周围其他金合欢树会识别出这种气味，在捕食者到来前释放出丹宁酸。直接用剪子切掉叶片则不会导致这种气味释放。

牛津大学的科琳·凯利进行了一项长达15年的研究：将寄生植物菟丝子移植到营养状况不同的树上，观察它对宿主的选择。结果发现，菟丝子在从宿主身上吸取养料之前就选择性地识别了宿主散发的化学物质，调控自己根尖的NADPH氧化酶基因表达和生长素输出蛋白PIN合成，缠绕到营养状况好的树上而拒绝营养状况差的树。

反对植物神经生物学的耶鲁大学生物学家斯莱曼（Clifford Slayman）不认为植物具有智力，但他相信它们有“智力行为”，就像蜜蜂和蚂蚁那样。他说，他不知道什么构成了智力。他定义智力行为是“能够适应环境变化的能力”。如果植物神经生物学家愿意在“智力”前面加上“植物特有的”，那么很多争议都会消失。

总之，地球植物现有的生理机能有潜力产生思维或集团思维。

鹿角蕨可能具有真社会性

A popular household fern may be the first known eusocial plant

鹿角蕨的群体似乎存在功能分工和相应的形态变化，并具有生殖分工。目前尚不清楚其分工关联的形态变化是否可逆。

鹿角蕨有带状叶和巢叶两种叶片，群落顶部的个体的带状叶直立、可收集雨水引入群落中心，巢叶为蜡质、便于转移水和落叶，群落底部的个体的带状叶垂向地面，巢叶有更厚的吸水组织，每个群落约40%的个体不进行繁殖。年长个体与年幼个体生活在一起，共享水分与养料。

1.2 地球植物的记忆

地球植物有多种不同形式的记忆：短期记忆、免疫记忆、跨代记忆。

捕蝇草的一对叶片的触发毛如果有两根被触动，叶片就会闭合，也就是说它要记住此前有一根被触动过，不过这种记忆只能维持20秒。捕蝇草的短期记忆是基于电信号的，非常像动物的神经活动。

将盆栽的含羞草从安全高度摔落在地上几次，它们会记住这是安全的而不再关闭叶片。这种记忆可以持续几个月。这个状态下的含羞草若被抚摸，仍然会关闭叶片。

跨代记忆：一些受到恶劣环境、病害等压力的植物的后代对同样的压力有更高的抵抗力。这基于表观遗传，能够改变基因的活性而不像基因突变那样改变基因编码，也能传递到后代中。

Whitehead生物医学研究所的一组研究人员发现一种植物蛋白在插入到酵母中后功能会变得像朊毒体一样。研究人员推测，这种错误折叠的蛋白可能可以解释植物是如何存储和传递记忆的。这一研究成果发表在2016年4月25日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。
每年春天，植物都能根据水合作用、温度和具有冬季记忆的春化作用等因素而开花。过去，科学家们对于植物记忆的分子机制并不十分了解。在这项研究里，研究人员利用一种分析酵母朊毒体样蛋白质域的算法筛选了拟南芥的整套蛋白质序列。从中识别出了474个候选蛋白，之后他们把筛选结果缩小到了3种涉及开花相关基因表达的蛋白，使用酵母计算方法测试了这些蛋白质的朊毒体样属性。
在这些蛋白中，Luminidependens (LD)满足了朊毒体的某些定义标准，即：维持一种低聚物自我复制状态的能力，可以在实验室中持续而可遗传地改变一种相关酵母蛋白质域的功能。此外，当移植到酵母朊毒体Sup35的时候，LD朊毒体域取代了这种酵母朊毒体域的功能，这表明LD可能是一种真正的朊毒体，而且很可能是首次发现来自植物的朊毒体。
研究人员表示，植物区分冬季和非季节性寒潮的能力可能与诸如LD等蛋白有关，这类蛋白质可能帮助触发或调控了与春化和开花有关的表观遗传学变化。为了验证这一结果，研究人员还需要进一步更多的实验。研究组在该篇论文中也提出了这些错误折叠的蛋白也许能作为植物记忆的一种基本形式。

从同一个母体植物上切下来的两个切片或从同一个母体植物上克隆的两株小植物，即使在相同条件下对它们进行培育，它们也会表现各异。植物的行为不是被脘毒体简单地操作的。

1.3 人工干预与仿植物机械

人为选择可以比自然演化快得多地筛选出更具环境交互能力的植物个体并大量培养它们。辐射育种等手段可以大量诱发突变，且许多植物承受辐射的能力强于大部分动物。基因工程可以选择性地强化植物的环境交互能力。

人类也可以制造出具有和植物根尖类似的功能的机器。每一个根尖都能同时且持续地侦测和监测至少15种不同的化学和物理参数。这可以帮助人类研制能监测土壤污染、探索矿物质、寻找水分的传感部件，应用在农业、探矿、环保、行星探测器等方面。

2.1 光合动物

眼虫是SAR超类群的眼虫属生物的统称，过去在植物学中称为裸藻、绿虫藻，是一类性状介于动物和植物之间的单细胞真核生物。体小，长梭形。前端钝圆，后端尖削，中央有一大的胞核。体外表膜具细的斜纹。眼虫体通常因含大量卵圆形叶绿体而呈绿色。有鞭毛2条，1条自胞口伸出，生活时常打动。在运动中有趋光性。淡水产，春夏季节常在有机质较多的污水内大量繁殖，使水呈现绿色，被作为有机物污染环境的生物指标，对净化水中的放射性物质也有作用。

眼虫主要通过叶绿素在有光的条件下利用光能进行光合作用，将二氧化碳和水合成糖类^[4]。制造的过多食物形成半透明的副淀粉粒储存在细胞质中。在无光的条件下，眼虫也可通过体表吸收溶解于水中的有机物质^[5]。

眼虫是成功的物种，在地球上已经延续了至少5亿年，世界性分布，体内含有大量营养物质，可以有效驳斥“一个动物还能进行光合作用，肯定会浪费太多能量在合成各种酶上面，这不合理”论者。已经有人制成了养殖眼虫来制造食物或燃料的装置。当然，也就有人开始宣传吃它可以“大补”或“排毒”，甚至吹嘘成“水中冬虫夏草”，这是没什么实际功效的。

一些多细胞生物通过与藻类共生分享光合作用的成果^[6]。一些两栖动物产下的卵外面的包裹体中也有藻类共生^[7]。其中一些藻类已经基本失去独立生活能力，快要变成共生对象的叶绿体了，例如小球藻的细胞分裂周期已经跟绿水螅同步化。

还有一些多细胞生物使用后天获取的叶绿体进行光合作用^[8]。

如果有人坚持“只有动物能产生思维和文明”，不妨问他能进行光合作用的动物行不行。

人类也可以用基因工程将具有智力的物种转变成光合生物。

2.2 人类对地球生物圈的其它促进作用

人类从化石燃料里释放了巨量的碳。这实际上促进了植物生长。

3.1 光合生物与文明

无论碳基生物演化得如何适应地球的环境，在太阳变成红巨星之前，太阳的输出在徐徐上升，大气中、陆地上和海洋里的碳基生物终究会被烤死的。红巨星太阳可能把地球吞掉。即使没吞，太阳总归会熄灭，哪怕是居住在地壳深处、靠化学能或辐射生活的细菌，不离开太阳系也造不出永动机的话，终究会在漫长的时间之后冻死——要是地球被粉碎，一部分细菌倒是可能找到新的家园。

那么，要让地球生物圈离开太阳系或掌握永动机，怎么做比较容易？我们是努力演化成能跳进太空、肉身改变轨道、在真空中半永久地生存、抵御天体碰撞、不怕恒星的炙烤和接近绝对零度的低温、无畏宇宙射线、细胞里带永动机的超级物种，还是演化成智慧生物、造些工具来使？

显然后者更容易。

当然，有些泛种论者会说巨型植物往太空喷射孢子就可以宇航。那多半还需要生物光纤聚焦激光来推进，真没比演化成智慧生物容易到哪去。

在此基础上，对一个自然演化的物种来说，是自己产生文明容易，还是跟别的文明物种共生容易？

显然后者更容易，因而可以期待它更频繁地出现，在地球上就是如此。

植物作为生产者，要跟本生物圈诞生的文明物种共生是容易的。在生产者的功能方面，太空时代早期文明大抵会研究怎么让植物为他们的太空居住设备制造食物、进行气体循环，以及参与可居住化改造。虽然会有制造食物的机器、进行气体循环的机器，但大家互相选择了那么多年，从口味和感情上就不那么容易割舍：无论机器多么先进，那个文明大抵总会有复古主义者坚持植物制造的食物才是好的、植物制造的氧气才是香的、工厂造出的食物不健康、工厂造出的氧气导致不孕不育、能宇航也一定要带着植物到新天地去播种。也可能有谁把叶绿体相关的整套基因融入他们的身体——其实叶绿体和线粒体的起源跟这是很相似的。在其他方面，太空建筑和载具里养动物一般不如养植物安全，想要心灵安慰的人们可能会带些盆栽或气生植物。

你可以看出，小麦、水稻等地球植物走的就是这条路线，人类就是它们合作的对象。

至于光合生物自己产生文明，这也并不比纯粹的消费者或分解者产生文明更困难。演化没有目的，不阻止任何物种在演化过程中随机出现一个已经被有共同起源的生物证实“可以存在”的性状，重要的是突变出了这性状的个体对环境的适应力是否足以生存下来、它的繁殖能力是否完好。

你可以设想一个母恒星辐射较强、潮湿多雨、几乎被湿地覆盖的类地行星，带有碳基生物圈，一次猛烈的天体撞击打破了原有的平衡，让行星高速自转，天气变得反复无常，晴天时阳光强到陆地动物只能藏起来，阵雨时大风可以撂倒任何树木，对光合生物来说能更灵敏地移动变成了重要的优势。撞击后6000万年，一种能灵活运动、可抓握物体的光合生物每天在晴时爬到高处接收阳光、风雨来时躲进石洞，并在雷暴过后意外地发现和掌握了火。这种光合生物创造的初等文明和人类文明的黎明期不会有本质的差别。与人类不同的道路就更多样化了。

参考

1. ^ 光照、水分、重力方向、温度、土壤结构、营养、毒素、微生物、食草动物、来自其他植物的化学信号
2. ^ 弗朗西斯是世上第一个植物生理学教授，任教于剑桥大学。
3. ^ Brenner ED, Stahlberg R, Mancuso S, Vivanco J, Baluska F, Van Volkenburgh E. Plant neurobiology: an integrated view of plant signaling. Trends Plant Sci. 2006 11:413-9.
4. ^ 这种营养方式与一般绿色植物相同，称为光合营养
5. ^ 这种营养方式称为渗透营养。
6. ^ 珊瑚与虫黄藻。朝天水母与虫黄藻。桶状海绵与藻青菌。巨蛤与共生藻。海葵与共生藻。阿克尔扁形虫与共生藻。帆水母与共生藻。绿水螅与小球藻。
7. ^ 例如斑点钝口螈的胚胎细胞中有单细胞藻类共生。
8. ^ 例如绿叶海天牛将吃到的绿藻的叶绿体放入自己的细胞来进行光合作用，并维持这些叶绿体的活性直到自己的寿命终结。研究表明，绿叶海天牛的基因组里已经整合了关于怎样维护保养叶绿体的基因。