
牛油果(上)
大多數農民會種植春小麥和秋小麥,然後種植小扁豆、鷹嘴豆或幹豌豆。輪種有助于控制害蟲,但同樣重要的是,豌豆和豆子将氮固定在土壤裡,而這自然會為接下來種植谷物提供肥料。
草和豆類的這種搭配和農業一樣曆史悠久,無論在何處,人們馴化植物的時候總是反複使用這種方法。在新月沃地,鷹嘴豆、小扁豆和幹豌豆都是與大麥小麥一起發展的。在中國,早期種植水稻的農民後來又搭配種植了大豆、赤豆和綠豆。中美洲的玉米和斑豆搭配在一起,而非洲小米和高粱總是和豇豆和落花生密切合作。
這種協同配合不僅僅是一個很好的種植方法,它還延伸到了人們的餐桌上,使富含澱粉的谷物與富含蛋白質的豆類在味道上和營養上完美地互補。因為大米和豆子的組合,或者小扁豆和大麥的組合都能提供“完全蛋白質”。在某一種特定的谷物中可能缺乏的基本營養素,一般都能在搭配的豆類中找到,反之亦然。不過谷物和豆類成分的顯著差異也引起了有關種子生物學的基本問題。
中國人對大豆都非常熟悉,大豆原産于中國,在中國有五千年的種植曆史,它可以榨出豆油,榨油剩下的殘渣可作為家禽家畜的飼料。大豆能用來制作很多食品,如炒豆子、豆奶、豆腐、豆腐幹等,尤為可貴的是,豆腐食品裡能吃出肉類的味道,很多寺廟都用豆類制作仿肉類味道的素食食品,這也為幾千年來窮苦的老百姓帶來了很多生活的慰藉。
黃豆苗(上圖)
既然草在自然界中如此成功,對人們如此有用,那麼種子裝備富含澱粉的能量庫顯然是一個很不錯的進化方式。是以,為什麼不是所有的植物都這麼做?為什麼豆子和堅果以蛋白質和植物油的方式儲存能量?為什麼一粒棕榈果仁含有50%以上的飽和脂肪?為什麼荷荷巴的種子會滴落液态蠟?
草的澱粉或許是人類的主食,它們充滿澱粉的種子很容易被轉換為糖。但植物顯然有許多其它的方式為它們的種子以及為我們提供食物,如可可豆,用熱壓機擠壓可可豆,它的一多半品質就會以可可脂的形式滴落,可可脂是一種擁有重要特征的脂肪,在室溫下是固體,在32攝氏度以上則為液體,是以在人的口中它會融化。可可樹生長在墨西哥南部、中美洲和亞馬遜河流域的森林中。瑪雅人和阿茲台克人發現它能從可可豆中提取一種有興奮劑作用的能量飲料,在他們的語言裡可可屬的意思是“上帝的食物”。
如今,可可豆已為全世界人所喜愛,人們在這上面花費頗巨。在生态學上,擁有一個肥大而油膩的種子是很有道理的,和香豆樹或牛油果一樣,可可樹種子進化出能在黑暗森林中發芽和生長的能力。在黑暗森林中,幼苗必須儲存巨大的能量才能生存,但奇怪的是,為什麼這種能量不是澱粉而是脂肪的形式儲存呢?
可可樹(上)
可可豆(上)
同樣椰子也是一種神秘的植物,椰子在熱帶很多地方都存在,證明了它是非常成功的植物。它之是以取得巨大的成功,是因為它的果實起到了會漂浮的大塊種子的功能。每一個有浮力的外殼都包圍着一個拳頭大小的果仁,這個果仁中隻有一種富含營養的液體,這就是椰子水,學術上叫做“非細胞型胚乳”。
當椰子樹的種子成熟的時候,它的很多液體就會變硬,成為固體的胚乳,名為椰幹。這種為我們熟知的白色果肉不僅能制糖,還為菲律賓炖菜、牙買加面包和南印度酸辣醬增添了風味。
從果肉中擠出汁水就得到了椰漿,它是整個熱帶沿海地區制作咖喱和醬汁的一種基本原料。隻要簡單加工,就能從椰幹中榨出占本身重量一半多的椰子油,它是世界上五大植物油之一,也是一種常用的添加劑,從人造奶油到防曬霜等各種産品都會用到它,椰子的用途之廣被馬來西亞島民稱為“有一千種用途的樹”。
椰子(上圖)
當一顆成熟的椰子從樹上掉落下來後,它總是先落到沙灘上。野生椰子樹耐鹽耐熱,适應流動的土壤,這些特質幫助它在熱帶海灘邊茁壯成長,而潮汐和風暴會定期地将它們的種子帶進海洋中。一旦漂浮在洋面上,一顆椰子至少可以存活三個月,它會乘風破浪地漂浮幾百英裡,甚至可能是上千英裡。在此期間,胚乳繼續凝固,但仍有足夠的椰子水幫助種子在沖上了幹燥的沙灘後萌芽。有了液态的胚乳保持了内部濕潤,有了富含植物油的椰幹提供能量,一隻幼小的椰子可以在沒有任何外在資源的幫助下連續生長幾周時間。在熱帶地區的市場上,我們常常看到有人将發了芽的椰子作為苗木銷售,這些苗木上新生的樹葉已經有幾英尺高了。
椰子樹的水上适應能力使它與衆不同,但這依然沒有解釋為什麼它的種子需要如此豐富而油膩的養料。畢竟,如果把澱粉或可可脂裝進那個巨大的纖維狀果殼裡,它們也能漂浮起來。
收集資料的時候,看到一則内容頗覺好玩,特别收轉如下:
椰子汁雖然很好喝,但是它的外殼卻很堅硬,常常需要用刀或斧頭等東西把它劈開或者鑽個孔洞才能喝到椰汁。但是如果你剛吃了個口香糖,卻可以用它來把椰子鑽個洞。
如果不實際操作的話,這樣說可能沒人信,但是可能也有人看到過這樣的一段視訊,就是有人把吃過的口香糖,弄成下大上小的釘子一樣的形狀,然後拿一個堅硬的椰子使勁砸在上面,接着神奇的事情發生了,椰子竟然被口香糖粘了個洞,而口香糖的形狀變化并不大。這是怎麼回事呢?
其實這是一種非牛頓流體被快速撞擊時常會出現的現象!所謂非牛頓流體,是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體,指的是其剪應力與剪切應變率之間不是線性關系的流體。
非牛頓流體和牛頓流體是不同的,水、酒精等大多數純液體、輕質油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體,而高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。
不過非牛頓流體其實也很常見,如聚乙烯、聚丙烯酰胺、橡膠溶液、各種工程塑膠、化纖的熔體、溶液等,都是非牛頓流體。再如石油、泥漿、水煤漿、陶瓷漿、紙漿、油漆、油墨、牙膏、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛頓流體。而食品中的番茄汁、澱粉液、蛋清、果漿、酸奶、醬油、煉乳、瓊脂、洋芋漿、巧克力醬、面團、米粉團、以及魚糜、肉糜等各種糜狀食品物料也都是非牛頓流體。
口香糖是以能頂開椰子,是因為非牛頓流體在快速撞擊下有"遇強則強"的特性,因為非牛頓流體的形态變化非常慢,流動性越差的非牛頓流體,其形态變化的時間就越慢,當椰子砸下來的時候,口香糖形狀根本來不及發生大的變化,對椰子的受力時間就已經結束了,是以才能把椰子頂出一個洞。
植物的進化在很多方面似乎沒有邏輯,澱粉、油、脂肪、蛋白質和其它能量政策在植物王國裡似乎是随機分布的。這些政策的進化程度相差無幾,因為最近進化出來的物種,有着與古老物種相同的儲藏能量的基本方式。更為複雜的是,種子通常含有幾種不同的能量,母株會根據降水量、土壤肥力或其它生長條件的不同而改變能量的比例。
生長環境相似或者生長過程相似的植物也并不一定依賴相同的政策。衆所周知,草籽富含澱粉,但是莊稼地裡常見的野草是一種叫做油菜的一年生芥菜,它的小種子可以産出大量的低酸菜籽油。
油菜(上圖)
一個普通的原則,在相同的情況下,儲存油和脂肪的種子擁有的能量最大。從脂類中擷取的能量比從一大堆澱粉中獲得的要多。種子通常在萌芽之後才能獲得這種能量。大多數種類的種子會準備足夠的糖分以觸發胚胎的生長,然後開始更為複雜的擷取儲備能量的過程。
澱粉能夠相對容易地轉換成糖分,但要将蛋白質、脂肪或油轉換成一種對細胞有幫助的形式,則需要經過一系列的過程。對于這一點你在馬拉松比賽中也能見到,組委會會為運動員準備香蕉、谷物棒或者果醬三明治,而不是大塊的培根或幾杯橄榄油。就種子進化而言,這種方式着重于新發芽的植物及其生長條件所需的資源。
扁桃仁(上圖)
然而,盡管那可以解釋像可可豆和扁桃仁這樣生長在森林裡的種子,為什麼利用脂肪和油在樹蔭下為自身生長提供緩慢而穩定的營養,但它無法解釋在開闊田野中的芥菜種子為什麼利用完全相同的物質進行快速生長。
我們以為種子已經完善出儲存能量的“最佳”方式了,經過自然選擇,許多種可能性被淘汰了,隻留下幾種最佳的生存政策适應于特定的地理環境。可現實情況要複雜得多,也有趣得多,就像進化本身一樣,是展現所有可能性的一種優雅而永無止境的過程。就像種子可以在不同的部位(子葉、胚乳、外胚乳等)裝備它的能量庫一樣,能量也可以有很多形式。
如果它們隻能提供澱粉,毫無疑問,種子在自然界中仍然會很成功,我們也仍然會把它們作為我們依賴的主食。但是如果沒有油、脂肪、植物蠟、蛋白質和其它能量,種子的用途就不會如此廣泛,它們也就無法在這麼多陸地生态系統中占主導地位了。
人們将無法從豌豆、豆子和堅果中擷取全世界超過45%的蛋白質。我們也無法享用油炸食品,在油氈上走路,為我們的房子刷漆,給火箭和賽車引擎加潤滑油,或者驚歎于倫勃朗、梵高、達芬奇的藝術作品。所有這些活動都依賴于種子中的油脂。就連種子中最不常見的能量來源,對人類來說都有寶貴的用途。
南美洲的象牙棕榈為種子儲藏能量的方式是增加胚乳内部細胞壁的厚度,有時細胞壁甚至将細胞内的活性物質擠了出來。是以它的種子非常堅硬,可以被切割打磨成紐扣和首飾,雕刻雕像,或代替真象牙用于生産棋子、骰子、 拆信刀、裝飾搖桿以及精緻的樂器。
象牙棕榈(上)
還有一種叫“瓜爾膠”的神奇植物,被廣泛地應用在食品制造上,它能夠影響冰激淩的質地、無麸質面包以及印度北部的機車價格。或許它比任何例子都能更好地展示種子儲存能量的多樣性,以及它們觸及我們生活的令人意想不到的方式。
瓜爾膠來自一種外形雜亂的、主要生長在印度“沙漠之州”拉賈斯坦邦的瓜爾豆。植物學家将它歸類為含胚乳豆類植物,這個種類的植物很少,它們的種子不像我們所知的豆子、花生和其他豆科植物那樣擁有巨大的子葉。相反,瓜爾豆的種子将能量儲存在富含高度支化的碳水化合物的胚乳中。在化學教科書的示意圖中,那些分子看上去像上海地鐵的線路圖,但對于生長在拉賈斯坦邦沙漠的瓜爾豆幼苗來說,它們是一種簡單而基本的适應性改變。
瓜爾豆樹(上)
這些組織受到了雙重保護,首先,它們可以被分解為食物,成為可供植物生長的葡萄糖。但它們還形成了一種包圍着胚胎的、起到保護作用的濕潤層。對于這種沙漠植物,這種保水技能可将每一次罕見而珍貴的降雨都轉化為一次至關重要的萌芽機會。這是一次經曆了多次進化的習性,槐豆能做到,葫蘆巴也可以,但是都出現在氣候幹燥的地方。
最初瓜爾豆隻是被當地人拿來燒菜,後來人們認識到瓜爾豆作為食物增稠劑效果是澱粉的8倍時,它的命運改變了,經過萃取和淨化,瓜爾膠出現在各類産品中,隻這一項收入,2000年印度瓜爾豆的出口量就達到了2.8億美元。
瓜爾膠還被應用到了石油鑽探技術上,油井裡泵入的多達幾百萬加侖的壓裂液是一種含有水、沙子、酸和化學品的黏稠混合物,将它們黏合在一起的隻有瓜爾膠,是以種植瓜爾豆的農民都賺到了很多錢。