每经编辑｜陈琦伟    

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初识“害(hai)羞”的奇迹：含(han)羞草叶草(cao)研(yan)究(jiu)所的(de)启(qi)程(cheng)

在(zai)繁(fan)花似锦的(de)植物王国里，有(you)一(yi)种(zhong)小生(sheng)命以(yi)其独特的(de)“害(hai)羞(xiu)”特质(zhi)，俘(fu)获了无(wu)数好(hao)奇的目光(guang)。它(ta)，就(jiu)是那株(zhu)风(feng)姿(zi)绰约的(de)含(han)羞(xiu)草。这(zhe)份看(kan)似简(jian)单的“触(chu)碰即收”的本(ben)能(neng)，背(bei)后却蕴藏着(zhe)令(ling)人惊(jing)叹的(de)生命(ming)智(zhi)慧与复杂(za)的生理(li)调控。正是这份(fen)对“害羞”的(de)深深(shen)着迷(mi)，孕育了“含(han)羞草(cao)叶草研究(jiu)所”的诞生。

在这(zhe)里(li)，我(wo)们不(bu)只是(shi)观察(cha)者，更(geng)是探(tan)索者(zhe)，致力(li)于揭(jie)开含(han)羞(xiu)草那神(shen)秘面纱下的科(ke)学(xue)真相。

研(yan)究所(suo)的建(jian)立，源(yuan)于一(yi)个简(jian)单却又宏(hong)大(da)的愿(yuan)景(jing)：深入理解植物(wu)的感(gan)知(zhi)与响应机制。含羞草(cao)，以其显(xian)而(er)易见(jian)的(de)触碰(peng)敏感(gan)性，成为(wei)了(le)我们研究的绝佳模(mo)型(xing)。当(dang)指尖(jian)轻轻触碰(peng)它的(de)叶片(pian)，那(na)仿(fang)佛(fu)瞬(shun)间被惊扰(rao)的少(shao)女，叶(ye)柄会(hui)垂下(xia)，小叶片(pian)也(ye)会合拢(long)，整(zheng)个姿态尽(jin)显(xian)“羞涩(se)”。这并不(bu)是简单(dan)的机械(xie)动作，而(er)是(shi)一个高度协(xie)调的生(sheng)物化(hua)学过程。

在含(han)羞草叶草研(yan)究所(suo)，我们(men)试图解答(da)的第一个(ge)核心(xin)问(wen)题便是(shi)：是什(shen)么(me)让(rang)含羞(xiu)草(cao)如此“害羞”？

我们(men)的(de)研究团队(dui)汇聚(ju)了(le)植(zhi)物生(sheng)理学(xue)家(jia)、生物(wu)化(hua)学家、分子生物学家以(yi)及行(xing)为(wei)生态(tai)学家，他们(men)怀揣着对(dui)植物(wu)生(sheng)命的好奇心(xin)，在这(zhe)里展开了(le)跨学科的合作(zuo)。研究(jiu)所(suo)的实验(yan)室配备了(le)最先(xian)进的仪器设备(bei)，包括高分辨率(lv)显(xian)微镜(jing)、基因(yin)测(ce)序仪、力学(xue)测试仪(yi)以及环(huan)境模拟舱(cang)等，为我们(men)深入(ru)剖析含羞(xiu)草(cao)的“害羞”反应提供(gong)了(le)强大的(de)技术(shu)支撑(cheng)。

在研(yan)究所的初期(qi)阶(jie)段(duan)，我(wo)们首先聚焦于含羞草叶(ye)片运动的宏观(guan)现象(xiang)。通(tong)过高速(su)度摄像(xiang)机(ji)，我们捕(bu)捉(zhuo)到叶片运动的每(mei)一个细(xi)微瞬间，分(fen)析其(qi)速度、幅(fu)度(du)以(yi)及(ji)恢复(fu)时间。我们(men)发现(xian)，含羞(xiu)草的反应(ying)并(bing)非(fei)随机(ji)，而是受到(dao)多种(zhong)因素(su)的影响，如(ru)触碰的力度、温度、湿(shi)度(du)以(yi)及光(guang)照强(qiang)度等。这些(xie)外部(bu)环(huan)境(jing)的变(bian)化，似乎都(dou)在悄(qiao)悄地(di)影(ying)响着含羞草(cao)的“情(qing)绪”和(he)“反(fan)应(ying)”。

更进(jin)一(yi)步(bu)，我们开(kai)始深入(ru)探究(jiu)其内(nei)部(bu)的(de)信(xin)号传(chuan)导(dao)机制(zhi)。当叶(ye)片受到外(wai)界(jie)刺激(ji)时，会引发(fa)一系列(lie)电(dian)化(hua)学信(xin)号的传递(di)，类(lei)似于(yu)我们人(ren)体神(shen)经系统的(de)信(xin)号(hao)传(chuan)导。我们(men)利用(yong)电生理记录(lu)技术(shu)，成功监(jian)测到(dao)了这些信(xin)号在(zai)植物(wu)体内(nei)的流动(dong)轨(gui)迹。研(yan)究(jiu)发(fa)现(xian)，这(zhe)些(xie)信(xin)号主要沿(yan)着(zhe)叶(ye)柄内(nei)的维管束(shu)传递，最终作用于叶片(pian)基部的(de)“叶枕”（pulvinus）结(jie)构(gou)。

叶(ye)枕(zhen)，堪称(cheng)含(han)羞草“害(hai)羞”反应的“指挥部”。这(zhe)是(shi)一(yi)个高度特(te)化的(de)组织，由膨(peng)压(ya)细(xi)胞组(zu)成。当(dang)我(wo)们(men)观察(cha)叶枕(zhen)的微观结(jie)构时(shi)，发现(xian)其中(zhong)存在(zai)着(zhe)能够快(kuai)速调节细胞内(nei)离子和水分平(ping)衡的机制(zhi)。触碰刺激引(yin)发(fa)的电信号(hao)，会激(ji)活叶(ye)枕细胞(bao)膜上的(de)离子通道(dao)，导致(zhi)钾离(li)子、氯离子(zi)等大(da)量外流。

这种离子的快速(su)迁移，进一步引(yin)发渗透压(ya)的改(gai)变，水(shui)分(fen)也(ye)随之(zhi)从细胞(bao)内流出(chu)，细胞体(ti)积(ji)迅速(su)缩小(xiao)，从(cong)而导致(zhi)叶柄的下(xia)垂和(he)小(xiao)叶(ye)片(pian)的(de)闭合。这是(shi)一个(ge)精妙(miao)绝伦(lun)的(de)“生物(wu)水(shui)泵(beng)”效应(ying)，也是含(han)羞草“害羞”的(de)直(zhi)接物理(li)表现。

在分子(zi)层面，我们(men)通过基因(yin)表达(da)分析(xi)，识别出(chu)了(le)一(yi)系列在(zai)触碰反应(ying)过程(cheng)中起(qi)关键(jian)作用(yong)的基(ji)因。这(zhe)些(xie)基(ji)因编(bian)码的蛋白(bai)质(zhi)，包(bao)括(kuo)离(li)子通道(dao)蛋(dan)白、信(xin)号转(zhuan)导(dao)蛋(dan)白(bai)以(yi)及参与细(xi)胞壁重塑(su)的酶类。我(wo)们(men)利用CRISPR-Cas9等(deng)基因编(bian)辑技术(shu)，对这(zhe)些(xie)关键基(ji)因进(jin)行沉(chen)默或(huo)过表达，来(lai)验证(zheng)它们在(zai)含(han)羞草“害羞”行为中的(de)具体(ti)功能(neng)。

例如，我(wo)们(men)发(fa)现(xian)某些(xie)编码(ma)膨压(ya)调(diao)节蛋白的(de)基因，其(qi)表达水(shui)平的(de)提(ti)高，会(hui)显(xian)著增强含羞(xiu)草对触碰(peng)的敏(min)感(gan)度(du)；反之(zhi)，则会(hui)降低其反应能力(li)。

我(wo)们还(hai)关(guan)注(zhu)到(dao)了植物(wu)激素(su)在这(zhe)一过(guo)程中的作用。生(sheng)长素（auxin）等(deng)植物(wu)激(ji)素(su)，被(bei)认为(wei)在(zai)调(diao)节叶枕(zhen)细(xi)胞膨压(ya)变化(hua)中扮(ban)演(yan)着重(zhong)要角色。通(tong)过(guo)测(ce)定不(bu)同刺(ci)激下激(ji)素(su)含(han)量(liang)的变化，我们得以窥见(jian)激素信(xin)号(hao)与电信号如(ru)何协(xie)同作用，共(gong)同(tong)调(diao)控含(han)羞草的“害羞”之舞。

含(han)羞草叶(ye)草研究所的初步研究(jiu)，不仅揭(jie)示(shi)了含羞草(cao)“害羞(xiu)”现象(xiang)背后精巧(qiao)的生物(wu)力学和(he)电(dian)化(hua)学机制，更(geng)重要(yao)的是，它(ta)为(wei)我(wo)们(men)理解植物(wu)如何(he)感知(zhi)外(wai)界环境(jing)、如(ru)何(he)进(jin)行(xing)信息(xi)传(chuan)递(di)以及如何(he)做出(chu)适应(ying)性(xing)反应，提(ti)供了宝(bao)贵的线索(suo)。这(zhe)份对“害羞(xiu)”的(de)探索，也(ye)让(rang)我们对(dui)植物(wu)的生命(ming)力与智慧，有了全新的(de)认(ren)识。

我(wo)们(men)坚信(xin)，随着研究的深入，含(han)羞草(cao)的秘(mi)密还将(jiang)一一展(zhan)现在(zai)世人面(mian)前(qian)，它将不(bu)再(zai)仅仅(jin)是一(yi)株(zhu)有(you)趣的(de)植物(wu)，更是(shi)未来(lai)生物技术研(yan)究(jiu)的璀璨明(ming)星。

“害(hai)羞(xiu)”的智慧：含羞(xiu)草(cao)叶草(cao)研究所(suo)的深(shen)度(du)探索(suo)与(yu)未来展望(wang)

继(ji)初(chu)步揭(jie)示含(han)羞(xiu)草(cao)“害羞”机制的宏(hong)观与(yu)微观图景(jing)后，含(han)羞草叶草研究所的(de)研究团队(dui)并(bing)未(wei)止步。我们(men)深(shen)知，植物(wu)的生(sheng)命(ming)活(huo)动远(yuan)非孤立的反应(ying)，而是(shi)与(yu)周(zhou)围环(huan)境、与其(qi)他(ta)生物之间复杂(za)互动的缩影。因此，研(yan)究所(suo)将研究(jiu)的触角(jiao)延(yan)伸至(zhi)更(geng)广阔(kuo)的领域，试(shi)图理解(jie)含羞草(cao)这种(zhong)“害(hai)羞”特质(zhi)的(de)生态学意义(yi)，并探索其(qi)在未(wei)来科技发展(zhan)中(zhong)的应(ying)用(yong)潜(qian)力。

我们(men)首(shou)先开始关(guan)注(zhu)含羞草“害羞(xiu)”反应(ying)的进化起源和(he)生态学功能。为(wei)什么含羞(xiu)草会(hui)进化(hua)出如(ru)此显著的触碰(peng)敏感性(xing)？它在自然界中又(you)扮演(yan)着怎(zen)样的角(jiao)色？通过模拟野外环境(jing)，并(bing)在不同(tong)生态(tai)位(wei)下(xia)观察(cha)含羞草的(de)行为，我们(men)提(ti)出了几(ji)种可(ke)能(neng)性。一种(zhong)观(guan)点认(ren)为，叶片(pian)的快速(su)闭(bi)合和下垂(chui)，能够有(you)效(xiao)降低(di)叶(ye)片(pian)被植食(shi)性昆虫啃食(shi)的(de)风(feng)险。

当昆虫(chong)爬上(shang)叶片时，叶(ye)片的突然(ran)运动可能(neng)会让昆虫(chong)措手不及(ji)，从而(er)掉落，或者至少(shao)增加了昆(kun)虫进食的(de)难度(du)。

为(wei)了验证(zheng)这一假设，研究所进(jin)行了(le)多项生态(tai)学实(shi)验(yan)。我们在受控环(huan)境中，引入了(le)不同种(zhong)类(lei)的植(zhi)食性(xing)昆虫，观(guan)察(cha)它们与(yu)含羞(xiu)草(cao)的互(hu)动(dong)。实(shi)验结果表明，含羞草(cao)的触碰反(fan)应确(que)实(shi)在(zai)一(yi)定程度(du)上阻碍了昆(kun)虫的取食(shi)行(xing)为(wei)。例(li)如，在触碰反应发生(sheng)后(hou)，一些小(xiao)型(xing)昆虫会(hui)从叶(ye)片上滑落(luo)，而(er)另(ling)一些则会(hui)因为(wei)叶片的突然运(yun)动而停(ting)止(zhi)取(qu)食(shi)，转而(er)寻(xun)找其他(ta)目标。

另(ling)一(yi)种观(guan)点则(ze)认为，叶片(pian)的(de)闭(bi)合(he)能(neng)够减(jian)少水(shui)分(fen)的散失(shi)，尤其是在白天(tian)强(qiang)光(guang)照(zhao)或干燥(zao)的环境下(xia)。当叶(ye)片张开(kai)时(shi)，其表(biao)面积暴(bao)露(lu)在外，水分(fen)蒸(zheng)发量较大(da)。而叶片闭合(he)，则能够(gou)有效(xiao)缩减蒸腾面(mian)积(ji)，从而起到节水保(bao)墒的作(zuo)用。我们通过在不(bu)同湿(shi)度和光照强度(du)条件(jian)下，比(bi)较含(han)羞草闭合与展开状(zhuang)态(tai)下的水分(fen)散(san)失速率，发(fa)现闭合状(zhuang)态下(xia)的确能显(xian)著降低水分散失。

这(zhe)表明，含(han)羞(xiu)草(cao)的(de)“害羞(xiu)”反(fan)应，可(ke)能(neng)同时(shi)具有防御(yu)和节(jie)水(shui)双重功(gong)能(neng)，是(shi)一种高效(xiao)的适(shi)应性策略。

除了(le)对外在环(huan)境的响应，我(wo)们(men)还开始探(tan)索含羞草内(nei)部的“社(she)交”信号。我(wo)们知道(dao)，植物之(zhi)间可(ke)以通(tong)过化学物质、真(zhen)菌(jun)网(wang)络(luo)等(deng)方式进行交(jiao)流，含(han)羞草(cao)的(de)“害羞”反应(ying)是否也参(can)与到这(zhe)种植物间的“对话”中呢(ne)？我们(men)设(she)计(ji)实验(yan)，通过观察(cha)一株(zhu)含羞(xiu)草的触碰(peng)反(fan)应是否会(hui)影(ying)响周围未受触(chu)碰的同(tong)类植(zhi)株(zhu)。

虽然(ran)目前尚未(wei)发现直(zhi)接的“连(lian)锁(suo)反(fan)应”，但我们推测(ce)，当(dang)一(yi)株含(han)羞草(cao)受(shou)到强烈(lie)刺激而(er)发(fa)生大范围运动(dong)时，其(qi)释(shi)放(fang)的(de)挥(hui)发(fa)性(xing)有机化合物（VOCs）可能(neng)会传(chuan)递某(mou)种(zhong)信(xin)号(hao)，引起(qi)周围(wei)植(zhi)株的注意，从(cong)而可(ke)能(neng)引发(fa)其(qi)防御(yu)机制的(de)启(qi)动，或者调(diao)整生(sheng)长状(zhuang)态。这方(fang)面(mian)的研(yan)究，将是未(wei)来研究(jiu)所(suo)的一个重(zhong)要方(fang)向。

更(geng)令人兴(xing)奋的是(shi)，含羞草叶(ye)草研(yan)究所正(zheng)积极探(tan)索将“害(hai)羞”机(ji)制(zhi)应用于生(sheng)物(wu)技(ji)术(shu)领域(yu)。含羞(xiu)草(cao)叶片(pian)运动的快(kuai)速响(xiang)应性(xing)和可(ke)控性，为开发新(xin)型智能材料和(he)仿生(sheng)器(qi)件提供了(le)灵(ling)感(gan)。例(li)如，我(wo)们(men)可(ke)以(yi)模仿含(han)羞(xiu)草(cao)叶枕的结(jie)构和功能，设计(ji)出能够根(gen)据外界(jie)刺激（如光(guang)照(zhao)、温(wen)度(du)、湿(shi)度甚至(zhi)电信号）而(er)发生形变(bian)或运(yun)动的(de)“智能材(cai)料(liao)”。

这(zhe)些(xie)材料(liao)可(ke)以(yi)应用(yong)于(yu)软体机(ji)器人、可穿(chuan)戴设备、药(yao)物缓(huan)释(shi)系(xi)统等(deng)领域。

设想(xiang)一下，未来(lai)我们(men)能够(gou)开发(fa)出一种(zhong)“含(han)羞草(cao)传(chuan)感器”，它(ta)能够(gou)对(dui)环境中(zhong)的(de)微小变化做出灵(ling)敏的反(fan)应(ying)，并将其转(zhuan)化为(wei)可读(du)的信号。或者，我们可(ke)以利用含(han)羞(xiu)草的“触(chu)碰即合”原(yuan)理，设计(ji)出(chu)一(yi)种新型(xing)的开关装置，它能(neng)够(gou)通(tong)过简单(dan)的物理接(jie)触来(lai)控制(zhi)电流或流(liu)体(ti)。

含羞草叶片运动的高效(xiao)性和(he)低能(neng)耗性，也(ye)为我(wo)们(men)开发节(jie)能型(xing)驱动系统(tong)提(ti)供(gong)了思(si)路。与(yu)传统的(de)机(ji)械(xie)驱(qu)动相(xiang)比(bi)，含羞(xiu)草的生物(wu)驱(qu)动方(fang)式更(geng)加环保和(he)可持(chi)续。我们正在(zai)研(yan)究如(ru)何(he)模拟叶枕细(xi)胞的(de)充放水(shui)机制，以开发出低能耗(hao)、高效(xiao)率(lv)的仿生(sheng)驱动器。

当(dang)然(ran)，这(zhe)一切(qie)的探索都(dou)离不(bu)开坚实的(de)基础(chu)研究。含(han)羞草叶草研究所(suo)的研究团队正(zheng)致力于构(gou)建(jian)更全面(mian)的含(han)羞草(cao)分子(zi)数(shu)据(ju)库(ku)，深(shen)入解析控制叶(ye)片(pian)运动的信号(hao)通路(lu)，以及探索(suo)更多影(ying)响其反(fan)应的(de)遗(yi)传(chuan)和表(biao)观(guan)遗传因(yin)素。我(wo)们相信(xin)，通(tong)过(guo)不(bu)懈的努力(li)，我(wo)们能够(gou)从(cong)这株小(xiao)小的(de)“害(hai)羞(xiu)”植物身(shen)上，挖(wa)掘(jue)出更(geng)多(duo)的科学宝藏(cang)，并(bing)将(jiang)其(qi)转化为(wei)造福(fu)人(ren)类(lei)的创(chuang)新(xin)技(ji)术。

含羞草叶草(cao)研(yan)究(jiu)所(suo)，不(bu)仅(jin)仅(jin)是(shi)一(yi)个(ge)研(yan)究机(ji)构，更是一(yi)个承载着对生(sheng)命好奇心、探(tan)索(suo)未知(zhi)勇气以及(ji)创新应(ying)用(yong)梦想的(de)平台。我(wo)们相(xiang)信(xin)，对含(han)羞草(cao)“害(hai)羞”秘(mi)密的深入(ru)挖掘(jue)，将不仅(jin)仅是生(sheng)物学(xue)领(ling)域(yu)的一次突破，更将开启(qi)一(yi)个全(quan)新的仿(fang)生(sheng)科技(ji)时代(dai)。期待在不(bu)久的将来，含羞(xiu)草的“智慧(hui)”能(neng)以(yi)更多元(yuan)、更意想(xiang)不到(dao)的方式，融(rong)入我们的生活，带来(lai)惊(jing)喜与改(gai)变。

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图片来源：每经记者 陈海丹 摄

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