柳葉的形狀是春風的“魔術剪刀”剪出來的？

作者簡介

許秀華，畢業于北京大學生命科學學院。從事科技記者、醫學記者等職，科普作家、中國科普作家協會會員、中國生物工程學會會員，著有少兒科普書《超級農業》（北師大出版社）、孕產期保健科普書《媽媽寶貝愛妻錄》（科學出版社）、《盧良恕院士傳》（人民出版社），全程執筆《轉基因，給世界多一個選擇》（農業出版社，獲2014年全國優秀科普作品獎）、《南水奇遇記》（水利出版社），為《科學大眾》《生命世界》等多家少兒科普雜志撰稿人。

詠柳

〔唐〕賀知章

碧玉妝成一樹高，

萬條垂下綠絲絳。

不知細葉誰裁出，

二月春風似剪刀。

早春二月的河邊，柳樹枝條上鉆出來毛茸茸的嫩芽，柔嫩得要湊得很近才能看清楚，朦朧得要離得遠才能感受到。若漫不經心，你只會感受到貌似光禿禿的枝條。

當沉浸于春困中恍恍惚惚的你，在某一個明媚的春日忽然有片刻的清醒，會發現身邊的垂柳竟在不知不覺中碧玉妝成，一條條柔長的綠色流蘇，如仙女的拂塵迎風舒展。

奇怪不？每片柳葉的形狀、大小都是相似的。如果你去觀察另一種植物，你會發現同樣的現象：每種植物的葉子在形狀和大小上都有自己的特征。如果你繼續觀察植物的花，會發現不僅形狀、大小，連色彩都有自己的鮮明特征，好像打開的一張張物種“身份證”。

為什么柳樹的葉子像印第安人的獨木舟，銀杏的葉子像打開的小折扇......春風的“魔術剪刀”究竟帶了多少個預設圖案，一路拂過，竟然將每一棵樹、每一株草全都“剪”得很符合物種分類標準？

決定葉片形狀的“另有其人”

決定葉片形狀的是植物的基因，它藏身于植物細胞核中的DNA雙鏈分子上。這個基因的名字叫作REDUCEDCOMPLEXITY，簡稱RCO，即降低復雜性的意思。

RCO基因是如何通過降低葉片的復雜性，從而給不同物種規定了不同的葉片形狀的呢？

RCO基因僅活躍在生長的葉片中，當它失活、不起作用的時候，植物葉子里的細胞向各個方向生長，葉片的形狀是近乎圓形或者橢圓形的，葉片表面是連續的一片，不像芹菜葉、香菜葉那樣，中間有裂開的地方。生物實驗室里，和動物界的小白鼠一樣齊名的模式植物——擬南芥，就缺乏RCO基因，所以它的葉片就可以自由地生長。

而在同屬十字花科的近緣種——碎米薺中，RCO基因大顯身手。碎米薺的葉面就從最初的橢圓形慢慢地長成了中間突出、兩邊落后的樣子，很有設計感。

RCO基因為何如此神奇

之所以這么神奇，是因為RCO基因能夠阻礙葉子內一些位置上細胞的生長和增殖。

比如碎米薺的葉子，葉片長到一定長度后，葉片兩側的細胞就不再生長和增殖，只有葉片中間的細胞生長和繁殖，于是就有了中間突出、兩邊內斂的設計感。

當采用基因敲除技術抑制碎米薺中RCO基因的功能時，這種美麗的設計感就消失了，取而代之的是擬南芥那樣的橢圓葉片。

當把RCO基因轉入擬南芥的種子中，新長出的擬南芥葉片竟然背離了祖祖輩輩立下的“規矩”，葉片中也出現了復雜的裂痕，體現出了藝術設計感。

萬條垂下綠絲絳，柳葉為何細長得如獨木舟？這是因為柳樹葉片上所有的細胞都只沿著葉脈縱向生長和增殖，而在橫向上不再生長和增殖，于是葉子就長成了細細的獨木舟形狀。

那么，芹菜與香菜的葉子中間裂開是怎么回事呢？

我們把芹菜葉子平鋪在白紙上，然后把中間裂開的地方涂上紅色。從葉柄開始，葉片沿著葉脈長大的時候，這些涂紅色部分的細胞，其生長受阻，于是葉片就裂開了。綠色部分生長沒有受阻的葉片繼續順著葉脈生長，于是原先裂開的部位就變成了深谷，葉片上就出現了一道深深的裂痕。同理，其他的裂痕也是這樣形成的。

其他基因也參與作用

可是香菜葉、芹菜葉雖然都有深深的裂痕，但很明顯，它們裂開的方式是不一樣的，葉片的“設計式樣”也完全不一樣，這顯然不是RCO基因可以獨立完成的工作。實際上，植物基因組里的RCO基因就像是遺傳開關，能夠激活或關閉其他基因。很顯然，一定有其他基因作為“設計師”，在負責每種植物的葉片設計工作。

在對絲葉貍藻的研究中，科學家分離鑒定出了幾種基因。有的基因專門在葉芽還沒完全形成之前，在葉片正面發揮作用;有的基因則在葉芽發育接近成熟的時候，分別在葉片的正面和背面表達......而且還不止一個基因在發揮作用。這樣，不同的基因在不同的時間和部位，分別督促葉片的不同細胞按照自己的指令生長。于是，就如同一場復雜的舞蹈，不同的細胞在不同的時間登場，生長分裂，葉片的不同部位就會表現出不同的形態。這種種不同的形態最終組合在一起，就形成了每種植物特有的葉片形狀和圖案。于是，一張張在陽光下打開的物種“身份證”就這樣做成了。

“不知細葉誰裁出，二月春風似剪刀。”這個答案在唐朝可以說是很有詩意，但是在今天的生物學家心里，是基因裁剪出了細如眉毛、狀如獨木舟的柳葉。