並不是每一位科學家都會選擇在一個平靜的夏日早晨,站在高12公尺、靠著一棵紅橡樹的搖搖晃晃的架子上,透過顯微鏡以一根注滿油的細小玻璃針戮刺一片樹葉。
然而,華盛頓州立大學的植物細胞生物學家諾布勞奇即將完成一項長達20年的研究,證明一項有關植物如何輸送養分的假設。他同時即將結束一個休假年。在這段期間,他把許多時間花在占地1400公頃的麻州實驗林「哈佛森林」。
要證明這項假設,絕不只是為了學術研究。徹底瞭解植物如何運作(如何輸送在葉子製造的糖),可能有助於提高農作的產量或對害蟲與疾病的抵抗力。
因為如此,他最近一個周日在19歲的兒子詹恩陪伴下,爬到樹上。詹恩透過一台筆電監控來自顯微鏡的影像時,諾布勞奇撥弄一個固定玻璃針的裝置。
玻璃針的尖端很精細微小,而且必須刺穿特定種類的細胞。雖然固定顯微鏡的裝置可以察覺震動並予以反制,諾布勞奇還是盡可能保持不動。
他們父子希望,至少可以成功測量名為韌皮部的活體細胞長管內的壓力。韌皮部負責將樹葉光合作用製造的糖經由枝幹輸送到果實與根部。
玻璃針的作用有如輪胎胎壓測量器。當它刺穿細胞壁時,內部水的壓力會立刻微量壓縮玻璃針內的油。接著,諾布勞奇比較前後的影像估算壓縮的量,據以估計壓力。
諾布勞奇以三年多的時間在他的實驗室開發這種玻璃針。他稱它皮升計量器,因為它只含不到100皮升的油(約五千萬個皮升計量器的油才能注滿一個茶匙)。為驗證促使韌皮部養分流動的力量來自壓力差異的假設,他開發了數項技術,這是其中之一。
德國植物生理學家蒙克1930年首次提出這項假設,此後獲學術界認同,因為它言之成理:養分應該自壓力較高部位(糖分增加所在的葉子)流向壓力較低部位(糖分抽出所在的根部與果實)。
戴維斯加州大學植物生物學家路卡斯說:「如能釐清植物如何全天候分配它的資源,你一定可以思索農作產量的各種變化。人口與糧食安全的未來繫於我們能否徹底瞭解其中原理。」
數十年來科學家多次嘗試驗證蒙克提出的假設,卻始終找不到確切證據。以人體的循環系統而言,壓力很容易測量,因為血管位於皮膚附近,而且每個部位都有彈性。然而樹木的韌皮部位於它的內部,而且比較堅硬。
路卡斯博士說:「我們無法接觸到韌皮部。大致而言,曾經試圖接觸韌皮部的科學家最後都把整個系統給毀了。」
諾布勞奇博士的計量器很小,測量也很快。這使整個系統只受輕微損傷。
然而事情可能搞砸。諾布勞奇說,在他的休假年期間,他以大約五個月的時間「盡量改善系統」,亦即設法想出避免測量失敗的方法。由於這個過程很麻煩,他和兒子最後只能有效測量橡樹壓力不到20次。
他還曾經在安靜的實驗室測量一種牽牛花藤。橡樹與牽牛花藤的壓力測量(還有其他相關資料,例如韌皮部細胞的直徑與流動率)應該足以達成結論。
他說:「大約半年內,我們就會握有各項必要資料,據以最終斷定蒙克是對還是錯。」
諾布勞奇說,他還是很審慎,「不過目前看來,他(蒙克)是對的」。
【2014-09-23/聯合報/G5版/UNITEDDAILYNEWS】