2009年8月7日

空心菜的梗為什麼是空的?

每次課程進行到單子葉植物及雙子葉植物的維管束在根與莖的排列時,老師及同學們常都一同感到無聊,這實在是對植物大大不敬啊。維管束的世界是神奇的,是穿越時空的,更是與生活息息相關的,例如空心菜的梗為什麼是空的一事,就與維管束的排列型式有關。雖然植物的生命型式與動物截然不同,但若是沒有植物,地球上的絕大部分生命都將無以為繼。我們靠植物將太陽能轉為化學能,將空氣中的二氧化碳轉變為可食用的碳水化合物,更重要卻常常被忽略的是,植物還會幫我們收集土壤中超稀薄的無機鹽離子。以氯原子來說,植物可以在1小時之內,將含氯的溶液濃縮200 倍。

植物可以將土壤中的各種元素濃縮,除了有效的吸收之外,更重要的是有發達的運輸能力,可將吸收到的元素儲存在植物體的其他部分。不管黑貓白貓,會抓老鼠的就是好貓;同樣的,植物的運輸構造形形色色,能夠有效運輸的就是好結構。

地球上絕大部分的植物都利用維管束作為運輸媒介,說明了維管束的運輸效率必然是好的。也就是說,維管束的出現,絕對是植物界劃時代的里程碑。蘚苔類植物就是因為沒有演化出完善的維管束,所以在生命的長河中,從來沒有成為舞台上的要角。雖然某些土馬鬃屬(Polytrichum)的苔類具有類似木質部與韌皮部的構造,但因為細胞壁結構的限制,始終沒有辦法演化成連續而有效的運輸機制。

目前在化石紀錄中,最早的維管束植物化石是庫克遜蕨Cooksonia ,光蕨),只有幾公分高,直徑只有3公釐。在庫克遜蕨的枝條中央有簡單的運水構造,是簡單的管胞所連成的管道,就是這樣簡單的運輸構造,讓庫克遜蕨可以在志留紀時廣泛分布在北美洲及歐洲,這個時候,魚類才剛演化出頜骨,更別提登上陸地了。

在1886 年,法國植物學家提格亨(P. E.L. van Tieghem)及道爾敦(H. Doultion)認為,若要探討植物根與莖的關係,以及植物的形態演化,應該將植物根及莖中木質部及韌皮部一併探討,也將維管束組織所組成的柱狀結構合稱為「中柱」。

時至今日,中柱的概念已經有了很大的改變,有的學者認為應該嚴謹地定義在維管束結構的範圍,也有的學者認為應該也要包含髓、射線等,更有的植物學家認為在絕大多數的種子植物莖中,很難觀察到中柱與皮層的界線(中柱鞘及內皮),乾脆避免提到中柱一詞。儘管連定義都還在爭論當中,中柱仍然是探討植物高階分類群演化的重要特徵。也許討論中柱的演化有點老派,但是,在植物生長發育的早期,初級分生組織的分裂與分化受到激素(如生長素)的調控,激素的濃度及訊息傳導路徑都會影響木質部與韌皮部的形成,因此中柱的演化其實是反映了基因的改變。【更進一步的內容,請參閱第476期科學月刊】

回本期目錄

沒有留言: