生命與人：光感應系統的分化與統合 （中）

光固然很早就進入地球的生命史演化中，但由於人類自身的光反應相對難以觀察，所以當代科學對光感應系統的研究似乎還是以植物為對象的研究較為透徹。

說到植物的光感應系統，身為人類的我們不免就要了解一下葉綠素與葉綠體。相信對一般讀者來說，其多會認為植物細胞內有葉綠體，葉綠體中含有葉綠素，所以能行光合作用，產生氧氣和葡萄糖可以算是基本的生物常識，無庸置疑。在這種情況下，植物與動物細胞的重大分別之一似乎就是植物能進行光合作用，動物則否。

雖然在學測之類的考試之中，這是個很安全的回答，但是在充滿好奇心的科學人的世界中，尤其是那些喜愛挑戰（上帝）創造生命任務的遺傳生命學家，他們更有興趣的問題是：「有沒有生物既是植物也是動物？」

這在生命學中其實也是一個「嵌合體」的問題，我們可以在東亞古代經典如「山海經」中看到類似的想像，也可以在地中海區域的埃及圖像或希臘羅馬神話中看到，只是在越成熟的體制社會中，就越少看到這類想像，在視創生為上帝任務的基督教社會，更似乎成為某種禁忌。

不過，很多傑出的科學家就是喜歡挑戰眾人眼中的不可能，所以還是有善於獵奇的人找到了「綠葉海蛞蝓」這類半海蛞蝓、半海藻的生命體，並以之為研究對象。

因為可以行光合作用的關係，這類綠色海蛞蝓是可以靠光營生，不需要靠吞食其他生物來維持生命。從生態的角度言，它們固然是在食物鏈的最底層，但也是最有獨立及和平精神的小生命，絕對值得正經和不正經諾貝爾和平獎與生理獎的提名委員會參考。

當然，這不免讓人好奇，為什麼這些海蛞蝓是綠色的？

一個最簡明而有實驗佐證的答案是他們的動物細胞在奇妙的過程中，被嵌入了海藻的部分基因體，於是擁有了人類看起來是綠色的葉綠體。至於為什麼葉綠體是綠色的？那是因為葉綠體中的葉綠素吸收了大部分的短波長與長波長的光子，只有中波長的光子被反射到觀察者（也就是人類）的眼中，所以看起來是綠色的。

至於，為什麼葉綠素是綠色的，這就是更根本的問題了。

一個可能的猜想是，在古老的細菌活躍在地球的年代時，也許有好幾種感光色素被合成過，只是，能夠合成葉綠素的細菌後來成功地成為優勢菌種，甚至練就了光合作用的功夫，成為藍綠菌。近一步猜想，葉綠素的優勢或許在於其能在當時的光環境下吸收最多的光子以進行光合作用，所以成為藍綠菌的感光色素。

無論如何，就生命史而言，藍綠菌並不只是活躍在二十多億年前，其後來還成為真核細胞中的一個胞器，讓植物細胞有了光合作用的能力，是生命演化史上不可忽略的重要環節。

只是，這樣一來，我們就必須面臨一個新的問題，為什麼植物會演化出「花」呢？

葉子因為含有葉綠體，所以能夠進行光合作用，以產生葡萄糖，而葡萄糖是大多生物細胞可以利用的基本營養分子形式，所以，能行光合作用的植物被形容是地球生命的基本生產者。可是，花除了招蜂引蝶外，對於植物，還有什麼特別的用處？

仔細看花的構造，雖然比葉子精巧，卻大多比葉子柔弱的多了，為何「浪費」如此多時間和能量創造出這精美的構造的被子植物最後會取代高大的裸子植物，成為如今植物界的優勢物種呢？

這其實是一個可以多面向回答的問題，但我們可先以開花植物的光週期現象切入，討論光如何影響植物的開花機制。

從現象上來說，有些植物如菊花和大豆只在短日照的期間開花，有些植物如鳶尾和大麥則只在長日照的期間開花——在二十世紀初，科學家透過一番研究，根據對菸草的研究，確定了植物是可以感知光照週期長短的，並且由此領悟到可以透過「光照」來控制植物的開花時間。

當然，科學人也不是一開始就知道植物是如何透過光照來決定要不要開花的，但是透過不斷的探索與研究，終於二十世紀中期，被認定大多植物主要是靠葉子中的光敏激素（phytochrome）來調節開花與否的。在最簡單的模型中，光敏激素就像是一個由光啟動的開關。

那麼，啟動光敏激素的是什麼波長的光子？植物的開花機制測量的又真是日照的長度嗎？

實驗結果顯示，只有夜間中（長波長的）紅色閃光會影響植物的開花時間。（ 短中波長的）藍色或綠色閃光則不會。更令人驚訝的是，（算是人類可見光中波長最長者的）遠紅光則可以抵銷紅光的反應。也就是說，夜間的紅色閃光會開啟植物的開花機制，而夜間的遠紅光則會關閉先前啟動的機制——更多的實驗讓研究者推測，自然界中白晝將盡時最多的遠紅光，告訴植物應當準備休息了，而早晨的紅光又讓植物進入清醒模式，而所謂長日照與短日照植物顯然也是依靠季節的光週期變化來決定要不要開花。

從自然哲學的角度來看，自然界的花朵不在同一個季節開花，顯示的也是植物適應不同生態環境的一種創新。

如果我們可以從這理解開花（被子）植物被視為優勢物種的原因，就可以發現雖然表面上裸子植物一般較為高大，樹齡的存在也較長，但其實裸子植物的樹的巨大其實是一再重複一樣的模式往上長高，而一棵樹中可以利用能量的活細胞在某些樹種可以少到大約只有全體的1%。所以，老樹的幼苗都長在頂端，算是名副其實的「站在前輩的屍骨上求勝」。

而所謂的開花植物，其實也就是被子植物，儘管身形較為矮小，但是「花樣」很多，這一來顯示其有源源不斷的創意以適應生態環境，二來也顯示其不斷更新與改善對下一代的保護與培育方式。

簡言之，與裸子植物相較，開花植物的成功，不僅在其成功演化出了花，更在其由此孕育出了種子。裸子植物既不會開花，也結不出種子，只能用較為原始而單調的孢子傳播，因此所能生長的棲地也隨之越來越少。

總之，雖然因為「花心」中藏著植物的性別秘密，但其實花就是植物體與外界進行資訊互動時的一個重要窗口，就這點而言。花不太像是一般生物老師或生物教科書所說的生殖器官，而更像是動物的腦。

只是，我們還是必須提醒自己，人的大腦對光的反應要比植物複雜多了，如今的花農可以輕易地利用紅光和遠紅光來調節植物的花開時節，但是，人類的活動雖也有明顯的光週期現象，但要能做到完美地轉換「休息」與「清醒」狀態，對許多有睡眠障礙的人來說，卻絕非易事。

更重要的是，現代照明器材與3C產業的發達，也讓現代人所處的光環境紊亂且複雜，這當中造成了多少人類腦部運作的失序，又要如何使之重新順暢運作，恐怕才是讓愛人愛己的生命觀察者真正在意卻又難解的謎。

推薦參考文章：

種子的勝利：穀類、堅果、果仁、豆類、核籽如何征服植物王國, 形塑人類歷史/作者：Thor Hanson

就業的終結 （The End of Jobs）/ 作者：Taylor Pearson

生命與人：地球生命史中的太極原理（下）