【正版】魔法学徒的神奇花园9787520344180

仿生学是研究和模仿自然的学问，它能为人类提供高效、可持续的创新。室内蕨类植物吸收有害物质的本领，成为空气净化装置学习的对象；沙漠植物进化出的适应机制，为改进雨水收集装置提供了灵感。不仅如此，植物王国在众多领域为人类点亮智慧之灯，例如，设计信息交换网络、优化轻质环保的建筑设计、开发市场营销手段、实现人工光合作用等。意大利作家雷纳托·布吕尼化身“魔法学徒”，在他的特别顾问——植物们——的陪伴下，带你踏上9段科学之旅，为你打开一扇通往神奇花园的大门。

雷纳托·布吕尼（Renato Bruni），任教于意大利帕尔马大学食品与药品科学系。主要研究方向为药用植物、保健食品及植物化学物质。他是“LS9-生物活性与健康”（LS9-Bioactives & Health）研究小组联合创始人，该组织致力于研究应用植物学、天然物质、食物、健康与营养之间的联系。目前作者已出版《魔法学徒的神奇花园》等三本仿生学、植物学科普读物。

引　言

魔法学徒走马上任

*章　征服宇宙

瞄准高处的小家伙

站住，不然我就开枪了！ 

奥运会和杀手

第二章　清新甜美的空气

封闭环境中的空气净化

家门口的水

像海绵一样的植物

别人的水

游泳池的保安

第三章　 “湍流中的少数游泳健将” 

自净的秘诀

植物，照顾好你自己

智能织物

四个复杂的词

第四章　瑞士军刀

红色的伪装

敌人的敌人是朋友

从“气味邮箱”到“根部内联网”

“Friends with benifits” 

第五章　草地、森林和市场营销

对生命的模仿：被迫伪装

汤姆· 索亚植物学

远离疯狂群众

植物世界的会员制

第六章　我的“欧罗诺瓦清单” 

海面降落任务

柑橘属与缓冲器

完美陷阱

花朵和毛刷

看不见的计谋

可疑的客户

第七章　树屋

屈而不折

折纸术课程

第八章　永葆青春的植物

经过检验的策略

自然启发，人工改进

以弗所之七圣童

谁想长生不死？ 

第九章　梦幻般的光合作用

十项全能运动员综合征

光与影

总　结

魔法学徒的应得假期

附　录

表一：植物术语列表

表二：未译植物名称

红色的伪装

为了整理脑海中的思绪，我走出办公室。我想起了我的爷爷，像所有他那一代的人那样，他总是在口袋里装一块擤鼻涕的手帕。手帕变色的速度比Lady Gaga的着装变化还快，对于之后要清洗它的人而言，这并不是一件令人愉快的事。那个方形的棉花万花筒是爷爷的百搭牌，他能够在遇到任何紧急情况时把它拿出来：擦鞋、清洁苹果、擦刀具，坐下的时候铺在地上保护裤子，钓鱼时盖在孙子头上遮太阳，擦挡风玻璃上的雾水，擦汗、擦拭油滴，以及各种创造性的用法。当然，少不了它的“首要”用途——擤鼻涕。

爷爷的手帕是一个“可塑”的工具，这是我在研究植物防御策略时学到的概念。它能够应对当下各种需求，在任何问题面前，手帕的多功能性都使它格外宝贵。一块手帕，多种用途，它就像一把瑞士军刀，也像植物的次级代谢。像植物一样，当然也会变色。当我在思考眼前这位订购战争武器的客户的需求时，伴随我童年的英雄棉手帕在脑海中浮现。我观察着办公室前公园里的灌木丛，惊异地发现了若隐若现的红色。

物在冬季和春季之交呈现渐变的红色并不罕见。再仔细观察，这是由于许多树木的胞芽是微红色的，或许多灌木在冬季末尾树枝变红造成的。红色也是一些植物初生新叶的颜色，例如观赏性的枫树、某些黄栌属植物（Cotinus）、蓖麻或樱桃李（Prunuscerasifera）等。如果你注意观察平原上果园的早期变化，或观察郊外小别墅篱笆内，那些复苏的、不甚高贵的石楠属植物（Photinia，即“红罗宾”），可能会发现，在纯绿色的春天，红色是一种时髦的颜色。石榴的初生嫩叶是铁锈色的，观赏性玫瑰的新芽是酒红色的。南天竹（Nandinadomestica）和臭椿的叶片*初也是红色的，随着温度的回升才变成叶绿色。叶绿色是光合作用的完美色，能够带来*化的产出，这也很自然地决定了绿色是植物复苏阶段的主导色。因为在此阶段速度是*重要的，率先生长的植物会遮蔽对手的光照，从而获得在夏季生长的优势。

在这一关键阶段，为什么许多植物还要投入资源生产各种不同类型的红色素，而不是生产更多的叶绿素呢？再者说，朱红色会吸收一部分光线，难道不会盖住叶绿素吗？在这样一个被残酷竞争主导的环境中，这似乎是一种缺乏效率的做法，一种浪费，甚至是一种弊病。我被这个发现所吸引，走进了公园。我谨遵爷爷的教诲，用擤鼻涕的手帕，把长椅上的水汽擦拭干净。我像一位退休老人，坐在朱红色的灌木间，探寻它们看待事物的视角。

“亲爱的，您要知道，春天不仅植物世界万物复苏，那些食草性昆虫也会醒来……于我们而言，它们意味着痛苦之源，因为它们醒来时肚子是瘪瘪的。现存的昆虫有一半以植物为生，它们醒来后脑子里只有一件事，去绿色的地方饱餐一顿！”一株经历了多个冬天的年长黄栌（Cotinus coggygria）马上注意到了我。

实际上，避免被这些饥不择食的昆虫发现，不失为一个好主意。同时，相比那些身披绿色、对自己的美貌很自信的植物，这么做也能够保存显著的优势：因为红棕色的外表，哪怕只是暂时的，也是一种绝佳的计谋，它能避免植物成为那些“吃绿了眼”的昆虫的盘中餐。淡红色比绿色能更好地伪装在棕褐色的树枝和打着哈欠刚从冬眠中醒来的灌木之间，也能使新芽和嫩枝在生长的同时，又不至于过于显眼。这样一来，胞芽积累红色素，就像叶片积累花色素苷，是一种“装死”策略，即在春季生长的*个关键阶段，让自己在那些饥饿的敌人面前显得不那么美味。有些昆虫的“眼睛”无法感知红色的波长，因为它们先天就只能感知绿色和其他少数颜色。在这种情况下，这个策略就会有效，因为紫红色的胞芽对于它们几乎是隐形的。

“一旦叶子开始生长变得强壮，并且整个树林的背景色都变成绿色时，我们就转而生产*有效率的叶绿素。”我身后的李树（Prunus）对我说，“到了那个阶段，我们再循环利用红色的胞芽，用于生产其他物质。它们同样被用于防御，只是方式不同，例如，让叶片变得更硬，从而对毛虫和成年昆虫而言，显得没那么可口。”这个捉迷藏的游戏，同样能解释为何植物秋天叶片变黄或变红：当昆虫寻找冬眠的躲避处时，植物如果能不被它们发现，就意味着来年当它们苏醒时，能不成为*个被吃掉的对象。

“当谈到防御物质时，所有的关键在于回收、再利用和再循环。我们利用无法清除的代谢废物作为原料生产这些物质，当一项任务完成时，这些物质被再次改造，用于完成另一项任务。从单一工具出发，去完成一个持续的、平衡的、多功能的使用组合，这是一个非常精妙的循环平衡，如果您允许我这么说的话。”年迈的黄栌总结道。

“如果昆虫还是来了呢？”我像一个坐在长椅上的疯子，自言自语地问道。它们跟我解释说，不管怎样，红色的背景都是有利的。因为昆虫为了能够隐藏在绿色树叶中，进化出了以绿色为主的保护色。而与叶绿素不同的颜色，会使绿色的保护色暴露，从而有利于昆虫的天敌发现它们，进而消灭它们。

同样是这些用于玩捉迷藏游戏的红色花色素苷，在进一步的防御策略中，也显示出了优势，它与前一个策略同样重要。众所周知，春季是潮湿的，而温和潮湿的环境，对于菌类和致病微生物而言，就像是婚礼请柬，使它们能在胞芽的褶皱和花苞之间静止的微环境中繁盛生长。“只在生长和前线投入兵力，而忽视防御系统和后方的巩固，犯了在俄国战场上的战略错误。”黄栌评论道。很明显，在漫长的生命中，它也从我们的历史中吸取了教训。

胞芽、嫩叶或幼茎，由于尚不具备那些能够随着年龄增大而获得的物理抵抗机制，因此更容易受到伤害。例如，它们鲜嫩光滑的组织更容易受到真菌菌丝的渗透。此外，它们基于毒素的防御系统尚未完全建立起来。建立这些防御系统的成本高昂，需要用到生物碱、氰化物和致敏物等原料。因此，在生长的*初阶段积累红色花色素苷，能够确保一项*基本的额外防御系统。例如，当洋葱和高粱的细胞“感觉”到菌丝或风带来的真菌孢子时，它们就会积累红色花色素苷用作防御。当真菌敌人来敲门时，次级代谢就会做出反应，迅捷、准确地干预，这一切要得益于红色花色素苷的安装网络被激活。它们的反应并不强烈，也不能杀死微生物，但是能够为植物赢得时间，让它们建立起更加高级的防御系统。

“还有一些我们需要警惕的敌人并不是生物”，公园中的植物继续说道，“出于多种原因，光照就是其中之一”。植物的嫩叶就像小孩儿正在生长的皮肤，娇嫩敏感，细胞处于快速复制阶段。同样，当胞芽细胞核正在快速复制DNA时，紫外线产生的自由基可能损害这一过程。而基于花色素苷形成的阳光过滤层，能保护正在快速生长的胞芽，就像爷爷放在孙子头上给他遮阳的手帕。

但即使如此，也不能做到全面保护，毕竟爷爷的手帕也盖不住整个脑袋，人们只能根据手头拥有的资源去应对问题。光照至关重要，但过度光照反而会降低光合作用的效率。植物内部有一些物质能够吸收过度曝光，从而优化对光照的吸收。但从表面上看，好像是红色抑制了光照。实际上，过度曝光会导致进行光合作用的结构受损，使其有被烧焦的风险，就好比电压过载会烧坏线路。植物对此的*个回应，是降低发动机转速，手中时刻握着刹车，以提高光合作用的效率。花色素苷在这里也发挥作用：一方面，它通过抗氧化反应，减少过度曝光带来的损害；另一方面，它能够轻微过滤光线，从而保证光合作用的效率*化。“就这样，只凭借一件武器，我们就能够应对不同的敌人和过度光照。虽然可能无法一劳永逸地解决问题，但这确实是一种有弹性的灵活策略。就好像一把瑞士军刀，比起专门的工具，它不是*效的，却是*灵活的，也是*经济的。”黄栌总结道。

在公园短暂休息后，我能带回去什么呢？通常，我们试图从自然的运动中寻找线性的解释。如有可能，这个解释应当是简洁明确的、令人放心的。我们倾向于运用单一的功能，去解释一种适应机制、一种工具、一个器官或一个分子，但现实并不总是如此。许多次级代谢产物能够承担不同的角色，一项适用于某一物种的解释，并不总能扩展到所有物种。毫无疑问，客户想要从自然界获得的是新策略的灵感，而非具体的解决方案，这是有道理的。在这里我想传达的信息是，植物的次级代谢就像爷爷的手帕，虽然只有一个，但能够根据需求，发挥各种作用，很多时候是同时发挥作用。此外，爷爷带着手帕并不是为了装饰，而是为了不断地使用它，解决无数现实问题。

在人类社会中，对植物的模仿和再创造几乎无处不在。人们向植物学习创新，包括利用它们来净化水和天气，进而设计出一整套净化系统；制造润滑剂；根据植物的形状制造出能征服地外星球的飞行器；生产各种特殊材料；甚至学习植物的传播育种方式，改变思维优化营销活动；乃至发明无需冷冻保存的疫苗，制造出抗生素、精神药物、抗癌药……极大延长了人类寿命，提高了生命的质量；等等。植物的世界是开放的，它就在那里，展示着自己的生存策略，等着人类去取经，而我们只需要走入其中，便可获得无穷的灵感和想象。

但是，在日常生活中，我们似乎仍然不可避免地对植物们的存在浑然不觉，或将之视为理所应当，以至于当前多种植物快速灭绝。但就像书中所言，“每一种植物的离开，都是沉睡的灵感在消失”。

因此，本书既是一次对植物及“仿生学”的趣味科普，又是一次关于如何“可持续地从大自然中获取灵感”的深刻反思。