苔藓的征服
蒲通 Patrick · 8(11)
苔藓植物是一群小型的高等植物,没有真根和维管组织的分化,多生于阴湿环境中。我喜爱苔藓,不只是因为它有大量的两极分化的特点。苔藓有4亿年的历史,它为地球生态做出了太多贡献……到了现代,苔藓仍然保持大量的记录。在简单原始的表象下,它的成长、品格和智慧仍然值得4亿年后,我们这类高等生物去深思和学习。① 苔藓属于"高等植物"是因为它们有胚(胚胎在母体内发育),但确实没有真根(只有假根)和维管组织(导管/筛管)。最早的苔藓化石发现于泥盆纪(约4.1亿年前),分子证据推至4.7亿年前。
苔藓为什么被称为"高等植物"却没有真根和维管组织?
大部分植物的生长过程是生根发芽。长的高的,储能多的,坚固稳定的植物优势更多。如果别的植物生长像给水池注水,那苔藓就像水中的一滴墨。它没有真根,所以不依靠软土,在树皮上,水泥地上,那里都能长。它依靠平面的扩散来生长,没有厚度。② 苔藓的"假根"(rhizoids)由单列细胞组成,功能是固定植株,不具备吸收水分和矿物质的能力。苔藓的二维扩散(平面生长)是因为没有维管组织支撑,无法形成直立结构。
苔藓的"假根"和种子的"真根"在结构和功能上有哪些区别?
很多人都认为苔藓很轻松。只用长出一个平面,不用长高,开花结果,出哪儿都能长。苔藓生存其实一点儿也不轻松。它没有根,只能用表面吸收水分。因此它只能待在湿润的地方。它没有导管,传输一滴水就要几个小时。它不能长高,争不到阳光。它生长非常慢。当一个草长成大草原,一个种子长出参天大树时,苔藓才铺满一块石头。③ 苔藓没有维管组织,水分运输依赖细胞间扩散,速度极慢——每小时仅能移动几厘米。相比之下,被子植物的导管运输速度可达每小时数米。苔藓的生长速度约每年0.5-5毫米。
苔藓的水分运输速度和被子植物相比差多少倍?
可是苔藓明明是地球上仅次于被子植物,物种和分布最广的植物。它比较低微,脆弱,不轻松,但这不能反应它的生命力。苔藓能脱水休眠,干旱了很久以后有一点水它就能复活。它的细胞壁让它不怕任何温度。最重要的是,在墙上,树上,石头上苔藓都能长。它的附着面是任何固体表面,这是所有其它植物都做不到的。苔藓又很团结,一部分苔藓死了另一部分能给你长回来。这些性质都让苔藓拥有远高于其它植物的生存能力。④ 脱水休眠(desiccation tolerance)——苔藓可以失水至5%-10%的含水量,代谢几乎停止,遇水后可在数小时内恢复生理活性。全球已知苔藓约2.2万种,仅次于被子植物(约30万种)。
苔藓失水到什么程度还能复活?这是什么能力?
苔藓虽低效,但它却是地球第2广的植物,生命力极强。这不仅告诉了我们慢中求稳、要团结,不要急,要适应环境的道理。苔藓没有因为自己很低效,因为能被别的植物代替而放弃生长。反而,它利用自己没有真根的短处,发挥出附着任意固体的独特且唯一的生长模式。这就让它的生态广度达到前所未有的广度。苔藓生物,人类们,也要学会,不放弃,利用短处转为长处,顺其自然。⑤ "劣势转化为优势"——苔藓没有真根,因此不依赖土壤,反而获得了比任何其他植物更广的生态位。这是生物学中"预适应"(pre-adaptation)的典型案例。
什么是"预适应"?苔藓的"没有真根"是如何从劣势变成优势的?
可是苔藓,你长的广,适应力强有什么用?对别人有什么价值吗?至少大树,小草长的比你快。花生红薯,能吃,能量多。苔藓却是有很大的生态价值,能造土,能储水,保持湿润。可是你的所有价值早已被更高效的被子植物,菌类代替了啊。你太慢了。⑥ 这是"功能替代"的质疑。苔藓的生态功能(造土、储水)确实可以被其他生物部分替代,但"替代"不等于"抹去历史贡献"。苔藓在4.7亿年前的"造土"功能是独一无二的。
"被替代"和"被抹去"有什么区别?
好啊,这样我们就不要苔藓了。苔藓是4.7亿年前陆地上的唯一植物。苔藓能够侵蚀石头,然后用自己一代代的尸体堆积成土。在现代,这种肉身造土,几千年才造出1 cm土的效率实在是低。可是4.7亿年前,只有它把岩石地球变成了一个充满有机土地的土长环境。有了土地,才能让有导管植物在陆地上出现的可能,因为它们要根,要水分,不能长在石头上。光从这个角度来想——苔藓直接导致了陆地上出现了苔藓以外的植物。没有苔藓,地球永远是一个没有扎根点的岩石星球。苔藓是生物进化中的重要节点。树,草,被子植物全是苔藓带来的。永远看见它。⑦ 苔藓分泌有机酸(草酸、柠檬酸等)腐蚀岩石,释放矿物质;死亡后有机质堆积,加上微生物分解,形成原始土壤。这一过程称为"生物风化"(biological weathering)。泥炭(peat)就是苔藓遗骸在缺氧、酸性环境下不完全分解形成的。
苔藓是怎么把岩石变成土壤的?这个过程的科学名称是什么?
在4.7亿年前,苔藓是陆地的独裁者,是陆地的未来。可是如今,苔藓只是一个被树叶挡住,被草地顶开,被排斥的一个不起眼。可是又有多少植物知道苔藓几亿年的付出?知道它们存在本身都要归功于苔藓在几亿年前的壮举?你们却侵占苔藓的生存资源?!又有多少智慧生物知道,它是地球上分布第2广的陆生植物,是地球第2重要的植物,是种类第2多的植物,是唯一能长在任意物体上的植物?又有多少人,能像它这样,不急,本分?⑧ 苔藓的"第2"——分布范围第2广(仅次于被子植物),种类数量第2多(约2.2万种),是唯一能在任何固体表面附着的植物。
苔藓在地球植物中获得了哪些"第2"的排名?
苔藓聪明,它用单调的生长方式,极慢的速度换来了生长能力和稳定性。不对!苔藓从来没变过,是其它植物的涌现让它"单调"。苔藓不用体现它有多聪明。它只是用自己堆成土,却创造了陆地生态。如现在走在它前面的只有被子植物。它不变,依然脱颖而出,不像那些不断进化,竞争的高级植物。它只需要守着本分,就能成功几亿年。人们也要明白;本分不变才是最大的智慧。⑨ 苔藓在4亿多年的进化历史中,形态和生理特征变化极小,这种现象称为"形态停滞"(morphological stasis)。它们是"活化石"的代表。
什么是"形态停滞"?苔藓为什么能做到几亿年基本不变?
为此,给苔藓献上一首诗,总结全文:⑩ 《苔征》——诗中"苔藓征己代代征"是全诗的核心:苔藓征服的不是大地,而是自己。
你同意"征服自己比征服别人更难"这句话吗?
莫嘲苔藓低而慢,石上生根自始终。
不借高枝争雨露,却铺翠色满天地。
百年侵蚀绿成土,粒粒身躯皆合力。
不慕野草烧不尽,谁做它植三尺土?
人间多少急炎客,争似水蚀怒号冲?
慢处光阴非等闲,暗侵蚀石尸造土!
微物地衣效率旺,苔藓绿植慈严父!
莫笑卑藓无导管,征服陆生四亿春?
征否植心否生态,苔藓征己代代征!
如今,苔藓依然是不需要容器可以生长在火星上的唯一植物。⑳ 苔藓的极端环境耐受力使其成为太空生物学的重要研究对象。火星模拟舱实验表明,某些苔藓可以在火星大气压和紫外线辐射下存活。
苔藓为什么能在火星模拟环境中生长?
可是一山也比一山高!为什么苔藓是第2?因为海藻,绿藻是第1名。它活了25亿年,是第1个植物,占比是苔藓的3倍,氧气制造地球的百分之50,是所有植物的起源。苔藓也是由海藻进化而来!海生植物总是陆生植物最严厉慈祥的父亲。㉑ 绿藻(green algae)是所有陆地植物(包括苔藓、蕨类、裸子植物、被子植物)的共同祖先。蓝藻(蓝细菌)更早,约30亿年前就开始产氧。
苔藓的祖先是什么?绿藻活了多少年?
可是一山更比一山高!人造植物,基因编辑技术在人类科技时代已不是遥不可及的梦想了。必定能造出能力比苔藓,海藻还要强的超能,杂交植物,颠覆25亿的进化成果。到时候,回想:本分不变还成吗?可是人类科技能够改变生态,却不能改变苔藓四亿年积累的沉稳和财富。㉒ 基因编辑技术(如CRISPR)可以改造植物基因,创造新品种。但技术无法"抹去"苔藓四亿年的进化史和生态贡献。
基因编辑技术能改变什么?不能改变什么?
无论目前和历史上,苔藓还是很重要的。让我想到袁枚的《苔》中,白日不到处,青春恰自来。苔花如米小,也学牡丹开。是的,我们长在阴暗部分,我们有十亿年如一日的青春,我们花小。但他最后一句错了。我们不学牡丹,我们比她老几亿岁,我们也不想像它一样,以生存能力为代价换来的艳,大的花。我们几亿年时间,不学别人,没有进化出显性特征,因为直到2026,保持本份仍然是大智慧。㉓ 袁枚《苔》写于清代,将苔藓拟人化为"学牡丹开"的微小生命。但本文作者指出:苔藓不需要"学牡丹"——它们有自己四亿年的生存策略。
袁枚认为苔藓"学牡丹开",本文作者认为"不学牡丹"。你更认同谁?
苔藓征服的永远不是大地,不是植物的尊敬。苔藓征服的是他自己。㉔ 从生物学角度看,"征服自己"指苔藓克服了自身的局限(无根、无导管、生长慢),实现了独特的生存策略。
苔藓征服的"自己"包括哪些生物学局限?
它征服了自己的急躁——四亿年,从不问"怎么还没长高"。它征服了自己的恐惧——敢在最荒凉的石头上第一个落脚。它征服了自己的死亡——一代代尸体堆成未来的土壤。㉕ "征服死亡"不是字面意义上的长生不老,而是指苔藓通过代代积累的"尸体造土"实现了生态意义上的"永生"。
"征服了自己的死亡"在生物学上是什么意思?
它甚至征服了"征服"本身。不想占领世界,只想守住自己那块石头。不跟任何人比,所以谁也赢不了它。㉖ 这是道家"不争"思想的生物学版本。"不跟任何人比,所以谁也赢不了它"是对苔藓生存策略的最高概括。
"不跟任何人比"是消极逃避还是最高明的竞争策略?
这才是苔藓真正的胜利:不是赢过谁,是不需要赢任何人。用你自己的话解释"不需要赢任何人"为什么是"真正的胜利"。
四亿年,它只做一件事——做苔藓。做到极致,做到让整个世界都离不开它,做到所有后来的植物都踩在它的尸体上,做到人类仰望大树的时候,脚底下全是它的子民。㉘ "做苔藓做到极致"指苔藓将其独特的生存策略(无根、脱水休眠、生物风化)发挥到了极致,形成了不可替代的生态位。
"做到让整个世界都离不开它"——苔藓做到了什么?
所以别问苔藓征服了什么。它不需要征服。它只是在那里,四亿年如一日地、安静地、无可辩驳地——赢着。课后练习 · 科学与思辨
- 1 苔藓没有真根和维管组织,它如何吸收水分和矿物质?
- 2 苔藓的"脱水休眠"能力有什么生态意义?
- 3 苔藓"几千年才造出1 cm土",它是如何参与土壤形成的?
- 4 苔藓的"假根"与种子植物的"真根"有什么区别?
- 5 为什么苔藓能在火星模拟环境中生长?
- 6 作者说"本分不变才是最大的智慧"。你同意吗?
- 7 作者反驳袁枚"苔花如米小,也学牡丹开",你更认同谁?
- 8 "不跟任何人比,所以谁也赢不了它。"你怎么看?
知识补白
知识补白 苔藓的假根(rhizoids):由单列细胞组成,主要功能是固定植株,不具备吸收功能。生物风化(biological weathering):苔藓分泌有机酸溶解岩石中的矿物质,这是土壤形成的第一步。泥炭(peat):苔藓死亡后在缺氧、酸性环境下不完全分解,层层堆积形成泥炭。脱水休眠(desiccation tolerance):苔藓可失水至5%-10%的含水量,遇水后数小时恢复。形态停滞(morphological stasis):苔藓在4亿多年进化历程中形态变化极小,是"活化石"的代表。
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