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简介 《植物知道生命的答案》介绍了植物生物学的最新研究成果，从视觉、嗅觉、触觉、听觉、本体觉和记忆这六个角度，论证植物的确具有感觉，并将人类的感觉与植物的类似感觉互相比较。 书中对各个主题研究历史的梳理，清晰地再现了一个问题是如何被发现、提出，如何获得初步研究结果，如何向纵深发展，逐步研究得出问题的本质，以及目前仍然存在的问题。这些描述展示出了植物学、生物化学等相关学科的科学研究的一般过程，而且这些过程特别精彩。其中大量的研究成果都直接应用到了实践中，产生了很好的经济效益。不禁让人感慨，这真是又有趣又有价值的真正的精彩的科研！ 下文的读书笔记是阅读过程中对每个部分的记录，将作者描述的各个案例（蓝色小字）抽象成一般的科学研究过程。我相信抽象出的这些东西，对自己所在的学科的研究，也是适用的，会带来重要启发。读后感则是对读书笔记的进一步总结。 读书笔记 目录：角度非常全面。一个人的科研内容应该是成体系的，即使研究问题暂时不能构成一个完整的体系，脑中也要对问题所在的整个体系有一个完整构图。 一、植物能看到什么 清晰而有逻辑地界定相关概念。吸引读者后，引出问题。 植物学家达尔文 基于现有的研究成果，提出新问题，提出假设，设计实验验证假设，实验中出乎意料的现象也可以引发新问题。 达尔文经典实验设计：不处理，处理（各种处理方式：削掉头、罩住头（透明和不透明罩）、罩住其他）。 马里兰猛犸：不停生长的烟草 从异乎寻常的自然现象中发现问题（eg.不停生长的马里兰猛犸），通过实验解决问题（eg.通过马里兰猛犸发现光周期）。 整合别人的研究成果，作为自己研究的支撑链条（eg.1918年怀特曼.加纳研究发现光周期现象“是我们得到的第一个能够强有力地证明植物会测算他们获得多少光的证据”）。 奇妙的光周期现象 出现了新概念，马上会就这个概念提出新问题（eg.发现光周期现象，提出新问题：植物测量白昼还是黑夜，看到什么颜色的光？），解决这个问题可以为实践提供指导（eg.花农秋冬晚上点一会儿灯，使菊花一直不开花直到第二年母亲节一起开）。 根据理论结果（蓝光管向光，红光测夜晚长度），归纳演绎提出新问题（不同的光，如远红光呢），实验（照过红光照远红光）和进一步实验（照过远红光再照红光），得到新现象（最后一次光照类型起作用），挖掘新现象下的潜在原理（光激活开关：光受体“光敏色素”）。说明，从理论中发现问题，也能回头指导实践。 将旧理论在新的环境下进行验证，或者说，从原有研究的角度（感光位置）研究新问题，能得到有意思的结论（达尔文向光性研究证明茎尖感光，但对红光远红光的感知靠叶子，光敏色素在叶子中）。 遗传学时代的失明植物 探究某个本质问题的研究会停滞（确定植物拥有多少种光受体），直到新学科发展（分子遗传学的到来）和新技术的诞生（荷兰科尔恩内夫开创运用遗传学理解植物视觉的实验方法）。 使用复杂的或新的技术（化学药剂诱导DNA突变）解决问题时，可以根据实际现象（黑暗中植物长得高）先提出一个简单的问题（科尔恩内夫提出：一株失明的植物会是什么样子，），便于入手（找到强光下仍然长得高的幼苗，予以栽培），研究这个问题的过程会出现的新现象（突变植株在不同光下长得高，几种光受体配对出现），催生新问题。 植物和人类一样有“视觉” 确定一套维度，从各个维度进行研究（光：方向、强度、持续时间、颜色）。 二、植物能嗅到什么 未有解释的现象 由现象（煤油催熟水果，电热器不能）到本质（煤油含有乙烯），逐步推导（成熟果实能催熟，成熟果实释放乙烯）结果，并探究结果的实践意义（集中展示便于动物识别传播种子）的逻辑思维。 菟丝子的喜好 锁定一个小的问题（菟丝子如何定位植物），大胆提出假设（嗅到的）并设计严谨的实验（两个暗示中间管道连接）证实，接着用进一步对照实验验证（番茄茎提取物涂棉签也能吸引菟丝子），再增加实验对象（小麦），对比实验结果差异（更喜欢番茄），挖掘差异的本质（不同化学成分）。 “会说话的树” 研究要接地气！问题来源可以不是实践，但是最终一定要找到指导实践的点。 有些结果只有通过精巧的实验设计才能得到。 植物的嗅觉很灵敏 人类既会被气味影响，也会散发气味影响周围的人。植物也是这样么？截止2011植物挥发气体，只有乙烯得到确认有受体。 三、植物能感受到什么 由一个领域的成果（人类触觉原理：压力感知细胞 脑）联想在另一个领域（植物）是什么样。 捕蝇草 从某方面（触觉）现象很明显的对象（捕蝇草、含羞草）展开研究（达尔文设计实验：水珠、吹气、蛋白质等与苍蝇区别的刺激对象），很多时候可能得不到答案（例如达尔文的实验无论放什么都不能触发捕虫器闭合），但其他领域的研究方法可能会解决这个问题（桑德逊研究动物体内电脉冲，发现触动两根毛可以产生一个动作电位，像其他动物肌肉收缩时观察到的现象）。这也启示我们，可以关注一下其他领域的研究，也许你当前的研究领域可以帮助其他研究领域有所发现。 含羞草的电运动 科研成果（玻色发现碰触含羞草叶子引发活动电位，活动电位沿叶子辐射开导致小叶子闭合） 可能被质疑和否定（桑德逊严厉批评了玻色的工作），但正确的成果终究会被验证（后来很多实验室后续研究证明玻色是对的）。 起负面作用的碰触 科学发现具有偶然性。科研是做出来的，在做一项研究的过程中（萨利斯伯里研究诱发苍耳开花的化学物质，为知道其如何生长每日测量叶子长度），可能有意外的现象（被测量的叶子总也长不到正常的长度，并随着实验的继续变黄死掉），细心捕捉这些意外现象并总结（只要每天摸上几秒钟，你就能杀死苍耳的叶子），可以扩展成为好研究问题和成果（十年之后，他的观察得到广泛理解，贾菲发现由碰触引发的生长迟滞是一种普遍现象，称其为“接触形态建成”）（另一个例子，布拉姆研究植物激素激活的遗传程序，在拟南芥喷洒赤霉素然后检查什么基因被激活，意外发现不管喷洒什么物质哪怕是水都会使同样几个基因启动，她捕捉这个意外，总结为喷洒溶液引起的物理刺激，发现了那些启动的基因是被碰触植物诱导的）。 植物和人类的触觉 即使广为接受的说法（受伤叶子传到未受伤叶子靠受伤叶子分泌的化学信号），只要没被严格的验证，也是可以挑战的（鲍尔斯猜测是电信号），需要精巧的层层递进的实验设计来区别和验证（烧热铜块灼烧番茄叶，离受伤部位有段距离的地方检测到电信号，进一步，用冰冷却叶柄，植物仍能察觉信号，她发现冰镇叶柄可以阻止从叶到茎的化学物质流却不能阻止电流）。 四、植物能听到什么 设置对照组是以科学方法为基础的实验中不可或缺的手段。 摇滚植物学 将假设统统否定的实验也有意义（达尔文试验大管演奏能否诱发含羞草叶子合拢，结果没合拢）。将他人的新的研究成果通过自己的研究证实或证伪（克莱因否定印度万寿菊受音乐影响的研究，发表在备受尊重的科学期刊上；布拉姆确定TCH基因时提到向量音乐不能使这些基因被诱导），也是有意义的。 看起来有意思（植物的听觉），但研究的人很少的领域（自达尔文尝试失败后，植物听觉这个领域从没有真正热门过），可能确实是没什么可研究的（20年中研究植物对声音反应的论文屈指可数，且很多多达不到标准，例如施瓦茨发表在《替代和补充医学杂志》上的一篇）。 引用文献时，一定要引用为科学界承认的文献：发表在专业学术刊物上、作者学术声誉好（施瓦茨引用雷塔拉克，而雷塔拉克不是专业科研人员、实验不严谨、发表的刊物也不是学术刊物）。 不严谨的研究的几个表现（以雷塔克拉为例）：实验样本少（每次实验不到5株）、实验重复次数少（不足以支撑统计分析）、实验设计简陋（有些研究是在她朋友家）、变量的控制差（土壤湿度之类参数靠手触摸土壤）、印证的专家不是本领域专家（音乐、物理、神学家，而没有生物学家）、引用文献没有科学信誉、研究结果不能复现（研究结果未在其他可信任的实验室得到重复）。 设计实验时，防止协变量的干扰（斯科特实验中暴露在音乐中的种子萌发更迅速，但实验继续进行，斯科特用小扇子把扬声器的热空气吹远，安静和音乐中的种子萌发率就没有区别了，这里热量是协变量）。 聋子基因 技术进步可以降低实验成本，缩短实验周期。 相同的基因，在植物和动物中发挥不同的功能。 植物是聋子？ 科学研究中的一个普遍现象，就是缺乏实验证据并不等同于得出否定结论。 尽管有一些其他的可能性（声波对植物的影响），根据现有的研究成果（严肃的、可重复的科学实验证实音乐的声响确实对植物没有影响）也可以得出结论（植物是聋子），并通过分析给出这个结论的实际意义（植物生存不需要听到）。 五、植物如何知道身在何处 不同类型的对象，有相似之处（人和植物，都有身体位置的静止意识和运动意识），这就是规律。因此可以根据一个问题（如何感知重力）在一类对象（人）上获得的结论（耳石受重力下沉刺激前庭的感觉毛），推测这个问题在另一个对象（植物）上的结论（根冠细胞内的平衡石滚落在底部）。 植物也能分辨上下 一个好的观察（迪蒙梭发现幼苗上下倒置，根会重新向下茎弯曲向上），可以引发一系列好问题（根向下是否和重力有关，如何感知重力等），从而激发大量非常有价值的研究。 实验设备（奈特用转动的水轮车制造离心力抵消重力）和技术的创新（化学物质诱导突变），可以推动科学的发展（奈特：根向着离心力长，茎背着离心力长，植物能感知重力。突变：有突变体只有根或茎受影响，说明根和茎靠不同方式察觉重力，茎不能向上的突变体“稻草人”基因突变，而该基因与内皮层有关，说明茎靠内皮层向上）。 可以参考已有实验技术（向光性），研究相似问题（根向地性），得到有价值结论（根尖感受重力）。 运动激素 相似的现象（茎的向上性、跟的向地性、茎尖的向光性，统称为向性运动），可能具有相同的本质（都是生长因素分布不均促进部分细胞增加长度引起的）。 跳舞的植物 有时候观察是很枯燥的，耗费巨大精力（达尔文观察记录300多种不同植物），但找到共同现象还是很有成就感的（达尔文观察发现所有组植物都在做重复性的螺旋状摇摆运动，将其命名为“回旋转头运动”）。 即使广为接受的假设（达尔文认为回旋转头运动是所有植物运动，包括向光性向地性的驱动力），只要没被严格的验证，也是可以挑战的（伊斯雷尔森认为回旋转头运动是向地性的结果），只要新假设能说得通。 科技的发展（航天飞机）可以对一些悬而未决的假说进行检验（达尔文和伊斯雷尔森谁对）。但在一个实验环境（航天飞机）中得到验证的假说，并不一定是对的，其他实验环境中可能会有不同现象（日本航天局取法感知重力内皮层的牵牛花不能正常回旋转头、平衡石小或有缺陷的拟南芥也不能），根据这矛盾的现象，可以做出新的推断（飞船上用在地球上已经萌发的种子，只有十天的试验时间影响结果），并在新环境下（国际空间站，在空间站萌发的拟南芥）验证，得到更准确的结论（回旋转头运动是植物的内秉运动，重力增强了这种运动）。 有平衡感的植物 人类和植物以相似的方式对重力做出反应，都依赖感受器提供的信息知道位置，保持平衡。 六、植物能记住什么 各种实验处理后（贾菲把豌豆卷须切下来放在光下/黑暗中），得到有趣的现象（摩擦底部可让它弯曲/不能弯曲直到把它放到光下），提出有价值的问题（豌豆须对碰触的记忆）。 不同类型的对象，有相似之处（人和植物，都有“记忆力”），这就是规律。因此可以根据一个问题（记忆）在一类对象（人）上的研究方法（托尔文提出的记忆三层次，所有形式记忆的共同点在于它们都包括三个过程：形成记忆[编码信息]、保存记忆[存储信息]、提取记忆[重新获得信息]），展开这个问题在另一个对象（植物）上的研究。 捕蝇草的短时记忆 根据一个问题（记忆）在一类对象（人）上的研究方法（所有形式记忆的共同点在于它们都包括三个过程：形成记忆[编码信息]、保存记忆[存储信息]、提取记忆[重新获得信息]），展开这个问题在另一个对象（捕蝇草）上的研究（碰到一根毛：形成记忆；存储若干秒：保持记忆；第二根毛触动：提取记忆）。 模型简洁优美（霍狄克提出：捕虫器闭合需要较高钙浓度，碰触一根毛发应发一个动作电位，诱导捕虫器上钙通道开启，导致钙离子浓度迅速上升，但低于闭合需要的浓度，钙离子浓度会随时间的流逝下降，如果在一定时间内再碰触一次，钙离子浓度会升高至一定量，使捕虫器闭合）。 对创伤的长时记忆 将前人的实验现象（多斯塔尔发现，去除一侧叶子，在摘掉顶芽后，这一侧的侧芽不生长，直到用红光照射）进行重复（泰利耶用鬼针草，弄伤一侧子叶，一段时间后拆除顶芽，受伤侧侧芽不长），提出假设，也是有意义的。 植物也要经历春化 利用不同的实验材料（需要春化的拟南芥和不需要春化的拟南芥），对比或者相互融合（杂交），得到新现象（子代有些需要春化有些不需要），从而得到有用结论（是否需要春化是显性遗传，涉及FLC基因），再进行一些推断（通过寒冷时期，FLC基因不转录并保持，一开花FLC就激活），得到更深层次的机理和规律（表观遗传）。 记忆也会遗传？ 除了验证假设外（科瓦尔楚克扩大胁迫范围，验证不同环境危害增大了基因重组的概率，不仅亲代如此，二代也是如此，确证了霍恩的实验结果），要认真从各种角度分析实验结果，因为可能会有意外的发现（子代对各种胁迫都更有忍耐力）。 植物也有智力？ 基于不同研究对象的共性（植物和人一样，凭借电流传递信息，也含有人类和其他动物作为神经受体的蛋白质，例如谷氨酸），可能把一种对象（人）的研究成果（人体内谷氨酸对神经通讯、记忆形成和学习有作用），扩展到另一种对象上（拟南芥对改变谷氨酸受体活性的神经活性药物敏感，植物的谷氨酸受体在细胞间信号转导中发挥作用）。 读后感 科学研究的过程是很艰辛的。我们现在看来很简单、理所当然的一些结论，实际上往往是经过几代人孜孜不倦、艰苦卓绝的追求才获得的。不过，能为人类知识库做出一点点贡献，尤其是这个贡献又能直接指导实践带来经济效益，也是科研的一大乐趣。 发现问题 1.可以从自然现象中发现问题，可以从理论中发现问题，也可以从实验过程中发现问题。从自然现象中发现问题，需要有敏锐的观察力，不仅要对异于寻常的现象问为什么，也要对习以为常的现象问为什么；从理论中发现问题，往往要经过一些归纳和理论推演；实验中经常会得到与假设矛盾的结果，甚至与假设无关但出乎意料的结果，这些都是要细心分析的。 2.现实与现实、现实与理论、假设与结果的矛盾冲突之处、相似相通之处，都是发现问题的好机会。 3.新概念的出现，可以引发各种问题的研究，需要关注。 4.学术积累，即对某学科到底发展到什么阶段、解决了什么问题没解决什么问题的把握，是提出有好问题的重要基础。 解决问题 1.基于研究对象的共性，可以把一种对象的研究成果，扩展到另一种对象上。 2.新学科和新技术的发展，可以使一些不能解决的问题得以解决，因此一方面要关注其他相关学科的新进展看是否可以借鉴，一方面要想象自己学科的新进展对其他学科会有哪些重要作用。 3.对于复杂的无从下手的大问题，可以先从一个小问题入手，在解决小问题的过程中，往往会有新的洞见，从而从新的角度入手解决更多的小问题，将所有小问题的答案进行总结，可以得到大问题的全貌。 4.从不同的角度、不同的维度、不同的层次去思考问题，可能会有收获。 实验 1.实验的设计和执行要严谨（样本量够、自变量和协变量严格控制、重复），否则得出的结论不可靠。 2.可以设计很精妙的实验，来验证一些不易验证的问题。 3.可以借鉴相似问题的实验方式，来设计实验。 4.重复其他人的实验（尚未多次重复过），不论结果是否一致，也是有意义的。 5.对照组不可或缺，在一个实验上得到验证的结论，还需要扩大实验对象来进一步验证。 6.缺乏实验证据并不等同于得出否定结论。 7.实验对象的选取也很重要。 引证文献 1.引用的文献应该是发表在有学术信誉的专业刊物上的。 2.阅读前人成果时要总结形成链条，明确各个研究，包括自己的研究，位于链条的什么位置上。 成果 1.他人新做出的研究成果通过自己的研究证实或证伪，也是有意义的。 2.大家普遍认同的结论，只要没有被严格的证实过，也是可以挑战的。 3.成果不被认可是正常的，没有关系，可以用进一步研究去验证，其他研究人员也可能会帮助验证。 回归实践 不论从什么途径发现的问题，都要深入挖掘它在实践中的意义，只要仔细地去分析和想象，总是会有。这个过程和发现问题、解决问题一样重要。 |
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