《河馬教授》

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生長在惡劣環境裡的植物

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有一天,我帶著學生走在一個人跡罕至的山谷裡,那是在台灣最惡劣的地方之一-坡度在60°以上,土石容易滑落,土地貧瘠、乾燥、土質偏酸,我們走到山谷的盡頭,不禁訝異的大聲歡呼,因為在山谷的峭壁上,正長著一種台灣稀有的植物-馬尾松(Pinus massoniana)

馬尾松是一種令人驚奇的植物,只要有5~10公分厚的淺淺表土,就能讓根深深地札入表土下的岩石縫,並取得足夠的營養份與水份,讓馬尾松以幾乎接近垂直的角度,向上長30公尺以上的高度。馬尾松就是有這種能力,所以能夠長在懸崖峭壁上。

馬尾松的生存能力

馬尾松屬於常綠的針葉植物,針葉是二根長成一束,長度有14-20公分,柔軟有彈性,像是馬尾,難怪人稱其為「馬尾松」。馬尾松不像其它松樹,喜歡長在潮濕、低溫、土質肥沃的山上,反而長在乾燥、較熱、貧瘠的地方。為什麼馬尾松會選擇這種地方生長呢?

有一個關鍵是,有些固氮細菌長在馬尾松的根部,能將空氣中的氮氣轉換成蛋白質,供給馬尾松,而細菌合成蛋白質所需的能量,是來自馬尾松根部所提供的碳水化合物,這是一種樹與細菌的「共生」關係,互蒙其利。

懸崖上的植物

但是固氮細菌,只能長在乾燥、貧瘠的地方,若是水份一多、土質肥沃一些,這種固氮細菌就難以生存,馬尾松就不易生存。因此每年降雨量只要超過2100 mm,馬尾松就無法生長,而台灣的平均降雨量是2500 mm,所以馬尾松要在台灣生長,必須長在排水良好的懸崖峭壁上!

耐旱植物的生長機制何等的有趣,不過這些自然科學的知識是怎麼來的?是馬尾松教我的嗎?當然不是。是二十世紀著名學者雪瑞弗(Forest Shreve,1878-1950)所提出來的,在科學史上,他被稱為「研究沙漠植物的第一人」。

沙漠健將

雪瑞弗生於美國馬里蘭州的尹斯頓(Easton),他從小喜歡植物。1905年,他在約翰‧霍浦金斯大學植物系取得博士學位,鑽研植物吸引螞蟻的機制。畢業後,他前往牙買加研究熱帶雨林。1908年,美國卡內基協會在亞歷桑那大學成立「沙漠實驗所」(Desert Laboratory),開始聘請願意長期在沙漠研究生物的人。當時很少人對沙漠生物有興趣,更少人願意長期在沙漠裡作研究,以致很少人前往應徵。

雪瑞弗後來寫道:「沙漠不會有人來干擾,是可以讓我安靜讀書的地方;沙漠是提供學習者增強體力的所在。」他由熱帶雨林,轉到亞歷桑那沙漠實驗所任職。

沙漠的單純與豐富

同年,前來沙漠實驗所的還有一位滿懷理想的年輕女性貝菈米(Edith Coffin Bellamy),她研究植物水份生理對於陽光輻射的反應,而沙漠正是提供這種研究的好場所。1909年,兩人結婚。

雪瑞弗寫道:「我前來此地只想探究耐旱植物在缺水、炎熱地方,如何生存的奇妙平衡。後來才發現,沙漠是世界上最單純的地方,沙漠裡的植物是最單純的生命,只需要有一、二個耐旱機制,就能生存。沙漠裡的耐旱植物,把沙漠當成自己的居所。」

地球的陸地上,14%是沙漠,其年降雨量低於蒸發散量,一般人視沙漠為文明的邊緣,是人類無法利用的地區,對社會經濟的發展了無貢獻。1931年,雪瑞弗夫婦卻提出沙漠裡的植物雖少,但是在沙漠植物的覆蔽下,動物的種類並不比一般的地區少,爬蟲的種類甚至超過許多地方。

單純來自直接單一的生存機制

雪瑞弗夫婦提出沙漠植物的生存機制,例如葉子減小面積、夜間才行光合作用、植物根部深入地下,與細菌共生等,這些知識現在看似平常,當年卻是一對植物科學的愛好者,長期在白天45℃以上,夜間溫度低於5℃,響尾蛇經常出沒的地區,作四十年的研究才得知的。

沙漠與荒野使人不複雜

雪瑞弗夫婦是基督徒,也寫靈修小品文,雪瑞弗在晚年時寫道:「前來沙漠,並不是自其他較好的地區放逐,而是一個人在大自然裡選擇一個地方,讓他的生命有更好的調適,而且體能更好、頭腦更清楚。」

如同沙漠植物能在險惡的環境中生存,是生命的單純,而非複雜。

註:原標題為「為何有些植物會生長在惡劣的環境裡」。

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