就在村外在安大略省的托伯莫里,有一个叫做布鲁斯半岛国家公园的保护区,那里生活着一小群叫做希尔的蓟。有些生长在沙土中。有些在露出地面的岩石上。所有这些都分散在布鲁斯半岛的西侧——一块20英里宽的陆地,将休伦湖和格鲁吉亚湾分开——以及附近的马尼图林岛。

在它生命的最初几年里,山蓟是一个由尖刺的叶子组成的宽阔的玫瑰花结。然后,如果一切顺利,它就会突然长出两英尺高,开出几朵紫色的小花。换句话说,这是一种非常普通的蓟。但布鲁斯半岛的人口很特别。生活在这个地方的大约300种植物在一个精心控制的研究实验室里开始了它们的生活。

它们不是从种子发芽,而是从小块的植物组织中生长出来的,在它们早期的日子里,它们浸泡在特殊调制的营养培养基中,并沐浴在精心设计的LED光下。去年夏天,他们在半岛上及周边的12个不同地点种植了这种植物。如果人工饲养它们的研究人员得到了他们所希望的,那么将它们重新引入野外可能会为加拿大各地的类似项目铺平道路。

三山蓟<em>(Cirsium hillii)</em>,生长在圭尔夫大学Gosling植物保护研究所。
三山蓟(Cirsium hillii)它生长在圭尔夫大学的高斯林植物保护研究所。卡拉Giaimo

在这些山蓟在公园里碰碰运气之前,它们住在向南约三小时车程的一座方形实验室大楼的一楼。那是高斯林植物保护研究所GRIPP是圭尔夫大学植物农学系的一个项目,由Praveen Saxena教授监督。

去年秋天,当我访问该研究所时,两位研究员穆昆德·舒克拉(Mukund Shukla)博士和克里斯蒂娜·图里(Christina Turi)博士迎接了我。实验室的教室两侧是一群类似植物的高楼:一个又一个的容器里装满了各种不同种类、处于不同生长阶段的小克隆,堆放在垂直的架子上。其中一面墙是整个街区的烟草和苹果树。在另一个角落里,几十棵小榛子树在专门设计的架子上前后倾斜。

GRIPP的工作是围绕一种叫做微繁殖的技术进行的。自20世纪50年代末开始使用,这种方法利用植物的再生能力,从少量组织中生长出完整的个体。在适当的条件下,一小片根或芽就能长出叶子、芽和其他构成植物的东西。

生长在培养皿中的非洲紫罗兰。
生长在培养皿中的非洲紫罗兰。卡拉Giaimo

因为微繁培育出的是相同的植物,而且它发生在室内,所以不受季节性生长周期的影响,所以它在试图简化植物生产过程的公司中很受欢迎,尤其是那些种植食物或室内植物的公司。但正如萨克斯纳后来在电话中向我解释的那样,“将其应用于濒危物种是相对较新的事情。”目前使用这项技术的其他团体包括夏威夷大学马诺阿分校夏威夷珍稀植物计划亚特兰大植物园(Atlanta Botanical Garden)是一个专门保护和传播濒危岛屿植物的植物园种植和重新种植本地兰花在乔治亚州。

虽然实验室还有一些更多的工业项目正在进行中——例如,有关于种植统一大小的苹果和榛子的讨论——但实验室的大部分重点是稀有植物,以及那些具有药用、精神或文化重要性的植物。在我结束对工厂城的参观后,Shukla向我讲述了GRIPP是如何开始的。

他解释说,该研究所源于萨克斯纳和菲利普·高斯林博士之间的一次对话。萨克斯纳的职业生涯一直在研究植物如何生长、发育和适应不断变化的环境,而菲利普·高斯林博士是环保运动背后的慈善家高斯林基金会。“菲利普问,‘为什么没有人努力拯救美国榆树?’普拉文说,‘我们没有资金来进行这样的项目!’”舒克拉回忆道。“第二天,高斯林博士捐了一大笔钱,让我们可以立即开始这项研究。”

又是一堵植物墙。
又是一堵植物墙。卡拉Giaimo

在这笔资金的支持下,Saxena的团队开始试验美国榆树的微繁殖,使用的是大学校园里唯一一棵在荷兰榆树病肆虐中幸存下来的树的芽。这一成功使得2012年GRIPP正式成立。从那时起,研究人员将同样的策略应用于其他各种稀有物种,到目前为止,在去年夏天的研究中达到了顶峰重新引进山蓟

研究人员不断告诉我,微繁殖“就像复印”:拿一株植物,得到无数相同的副本。虽然这是一个吸引人的类比,但它也忽略了所涉及的大量工作。你不可能把一株植物放进复印机,按下一个按钮,就能得到整个田地的价值。相反,你必须遵循一系列小心的步骤:获得一株原始植物,呵护每一株繁殖的植物,然后使其变得坚韧,这样它就可以重新回到那里了。

第一步——用现有的组织进行复制——说起来容易做起来难,尤其是对濒临灭绝的植物来说。对稀有物种有管辖权的政府机构不会随便把它们的一部分送出去。萨克斯纳说,为了进行山蓟实验,他们花了一年多的时间从加拿大公园管理局获得在布鲁斯半岛工作的许可,并完成了相应的许可。(公园是对结果满意。)

圭尔夫大学的学生Bita Sheikholeslami在布鲁斯半岛国家公园种植山蓟。Sheikholeslami和Shukla一起开发了Hill’s Thistle协议。
圭尔夫大学的学生Bita Sheikholeslami在布鲁斯半岛国家公园种植山蓟。Sheikholeslami和Shukla一起开发了Hill’s Thistle协议。碧塔海Sheikholeslami

另外,许多濒临灭绝的植物会这样,至少部分原因是它们的繁殖率很低。萨克塞纳的实验室设法获得的29颗山蓟种子中,“只有两颗发芽了,”他说。要进行一个可统计分析的实验,科学家通常至少需要20个。萨克斯纳说:“但对于濒危植物,无论我们能得到什么——即使只有一种——我们都很乐意与之合作。”基于组织的微繁殖的灵活性对于那些不能产生大量可行种子的植物来说也是一个福音,或者只是需要很长时间才能产生种子,比如树木。

一旦你有了你的组织块,把它们培育成全新的植物需要很多技巧。研究人员向我解释说,植物可能很挑剔,不同的植物有不同的生长要求。如果研究人员希望他们的标本茁壮成长,他们需要弄清楚这些要求到底是什么。虽然这些规范——被称为协议——适用于许多农作物和观赏植物,但没有人费心为大多数濒危物种弄清楚它们,它们通常需要完全不同的东西才能茁壮成长。

这恰好是舒克拉的拿手好戏。当需要为一个新物种制定一个方案时,他会花尽可能长的时间来弄清楚什么能让这种植物在实验室里茁壮成长。他找到了浅色和强度的最佳组合——例如,生长过度的植物更亮,而生长不足的植物更暗。他调制不同类型的生长培养基,混合各种营养物质、维生素和激素,就像调酒师对待善变的顾客一样。“穆昆德是植物语者,”图里说。“植物进来了,他和它们说话。他们向他诉说自己的委屈。然后他说,‘好吧,我来帮你。’”

小榛子树在专门设计的架子上前后倾斜。
小榛子树在专门设计的架子上前后倾斜。卡拉Giaimo

他的劳动成果挂在办公室的墙上,装在数百个透明的塑料容器里,都是为生活在里面的特定物种而优化的。每一杯都配上个性化的鸡尾酒:榛子配上额外的铁,榆树配上抑制根系的激素。每个灯都配有一个单独的LED灯条,可以根据植物的喜好进行调整。(全光谱led,近似太阳光,在每一行发光。)有些甚至放在机械架子上,前后倾斜容器,混合培养基中的营养物质,同时给根系通风,并确保植物邻居不会用防御性根系化学物质相互毒害。凝视着它就像看着婴儿被轻轻地摇着入睡。

一旦它们长得足够大,它们的命运就分道扬镳了。有些,像这两批夏天的山蓟,被送到野外试试运气。第二种人则是为将来而储蓄。这些植物被切成更多的组织样本,晾干,放入标记的试管中,然后带到办公室旁边的房间。在那里,它们被放置在一个市政垃圾桶大小的圆柱体中,在那里它们被真正地冻结在时间里。

舒克拉解释说,低温保存是GRIPP任务的重要组成部分。因为微繁殖只需要很少的组织,所以在很小的空间里储存大量的物种是可能的。舒克拉解释说:“这个冰柜可以装下1.6万个样品。“从技术上讲,这个国家的每个物种都有足够的空间装进两个容器。(实际上,每个物种的多个样本都被储存起来,以确保冗余和遗传多样性。)他简单地打开盖子,机器就会呼出一股浑浊的液氮气。

舒克拉打开冷冻柜的盖子。
舒克拉打开冷冻柜的盖子。卡拉Giaimo

冷冻柜本质上是一个植物方舟,在那里为未来的灾难提供保险。假设,一场龙卷风袭击了布鲁斯半岛,摧毁了每一棵山蓟树,冷冻保存的组织可以帮助在其他地方愈合后让这些动物重新繁衍。萨克斯纳说:“你仍然有一个可以追溯到的来源。”“你可以重新种植,繁殖,再种植。”

虽然冷冻组织缺乏其他储存方案的灵活性——例如,如果你保存种子,你可以把它们种在地下,不需要个性化的植物公寓——但它确实有长寿的好处。Shukla说:“长期保存大多数种子而不失去生存能力是不可行的。”“但如果你把组织冷冻起来,它可能会永远存在。”2012年,俄罗斯科学家成功再生一株植物从大约3万年前的更新世晚期开始,一种冰冻在地下的水果;在这种情况下,储存方案不是冰柜,而是松鼠的洞穴。

那些预定重新种植的植物也注定要发生重大的生活变化。虽然在一段时间内溺爱是好的,但如果微繁殖的植物想要在这个糟糕的世界里生存下去,它们必须首先吸取一些教训。一个被庇护的幼苗会被那些更混乱的植物所习惯的东西所蒙蔽,比如虫子、恶劣的天气和竞争的物种。它甚至可能懒得建立重要的防御,比如保护叶子不干燥的蜡状角质层。研究人员将其与在海洋世界的水箱中度过一生的鲸鱼进行了比较:你不能把它扔进海洋。

这些三岁的美国榆树树苗正在帐篷里过冬。
这些三岁的美国榆树树苗正在帐篷里过冬。卡拉Giaimo

因此,一旦它们长得足够大,这些微繁殖的植物就会第一次尝到真实世界的滋味,从童年的家搬到植物学上相当于大学宿舍的地方。在山蓟的例子中,这意味着大学的温室。当图里和舒克拉带我进去的时候,我们经过了一个空盒子陷阱,提醒我这个新环境带来的风险。“地鼠,”舒克拉解释说。

当我们到达蓟,这种严厉的爱的不同效果是显而易见的。虽然许多植物都是多刺的,但有些植物是干燥的棕色的。他们没能通过训练,就被淘汰了。那些留下来的——直到即将到来的夏天——将加入它们在布鲁斯半岛的表亲们。

与此同时,目前实验室里的其他幼苗正在等待轮到它们在(真正的)阳光下生长。萨克斯纳说:“既然山蓟是一个成功的故事,我们希望会有更多的成功故事。”研究人员还有一些其他的重新引进项目正在进行中,其中包括将一种不同的蓟植物——明根蓟引入魁北克的明根群岛国家公园保护区。

温室里的山蓟。只有强者才能生存。
温室里的山蓟。只有强者才能生存。卡拉Giaimo

当然,即使它真的流行起来,微繁殖也只是整个保护难题的一部分。如果没有地方让植物生长,你在实验室里生产植物的速度有多快都没有多大意义。“通常情况下,保护是一个非常有吸引力的话题,”萨克塞纳说。然而,在实践中,人们不太愿意为它的发生做出必要的选择,除非他们对植物有特别的热情,或者有一些个人利益。

例如,山蓟是其生态系统的重要组成部分。它为当地的鸟类、鹿、传粉者提供食物,并可能有助于为附近的植物稳定土壤。但选择它并不完全是出于这些原因。它还有一个众所周知的高层朋友:菲利普·高斯林(Philip Gosling),他的基金会为GRIPPBeplay客户端安卓版提供资金,他是布鲁斯步道(Bruce Trail)的最初创始人之一,这是一条穿越布鲁斯半岛国家公园(Bruce Peninsula National Park)的主要徒步路线。

在我的访问结束时,图里告诉我,GRIPP正在尝试用不使用试管的方式来解决这个问题。这些措施包括举办公共研讨会,为学生们举办实地考察活动,以及出版一本名为精神上的植物,主要研究人与植物的关系。“你可以随心所欲地进行组织培养,”图里说,“但你也必须培养一种文化意识。我们需要谈谈为什么这些植物很重要。”否则,这一点小小的进步永远不会形成全面的变化。