為什麼樹木是向上生長？這些植物學家這樣一步步揭開大自然神秘面紗…

現在的科學已經能夠解釋「為什麼植物會往上生長」，而且這些解釋是清楚的、可行的，也能夠被重複證明的。

為什麼樹會向上生長呢？

有些樹種真的能一直往上生長，不斷地延伸。在皇家植物園的一個角落裡，也就是在報導中那個世界最大的堆肥區附近，有個看起來令人暈眩、相當壯觀的天空步道。順著階梯往上攀爬到頂端，是一個由金屬網與鋼柱做成的巨大蜘蛛網，它那宛如秋日般柔和的紅，是經過特別設計鏽鑄而成。到了頂端，你會發現你已身處在皇家植物園中最棒的一些樹冠層中，像是甜栗（sweet chestnuts），萊姆（limes）和橡樹（oaks）等等。

這些樹木都在工作著。它們歡暢地將枝葉伸展而出，向著地球上所有生命賴以為生的最重要的能源汲取能量──也就是太陽。然而直至最近，科學家們才真正了解它們是如何吸收能量的。而那個讓它們長高的關鍵，正是他們身上的綠色。

該關鍵是一種叫葉綠素（chlorophyll）的生物分子，它是植物體從光源中吸收能量的因子（同時也是植物呈現綠色的原因）。葉綠素這個名詞是在西元一八一○年左右發明的，是由兩個希臘字衍生而來：「chloros」指的是淺綠色，「phyllon」是葉子的意思。一九一五年，恰好在一個世紀之後，獲頒諾貝爾獎的里夏德．維爾施泰特（Richard Willstätter），就是因為提出葉綠素的作用機制與功能而獲獎（也是第一個頒給植物學的諾貝爾獎）。

植物從天空與土地吸取養分。其營養與水分由根部吸收，其食物則在葉子生成。植物利用從陽光吸收的能量以及從空氣吸收的水與二氧化碳，在葉子裡合成葡萄糖及澱粉，並排出生產過程中的廢物副產物──氧氣到大氣中。這個過程就是所謂的「光合作用」。

這是一個簡單卻重要的作用，是地球上所有環環相扣的生命當中，最不可或缺的一個齒輪。隨著它的神秘面紗被揭開，許多科學上的未解之謎都得以找出頭緒，包含環繞在我們四周的空氣組成成分為何，還有植物、甚至於包含我們人類在內的地球萬物如何賴以為生的問題等等。它也為二十世紀的植物化學奠定了基礎。

古希臘人認為，植物是從土壤中吸取養分的。如同他們的其他許多見解，這些古典思維都在文藝復興時期被重新檢視。十七世紀時，約翰．芮（John Ray）曾對自己提問：植物如何對抗地心引力，將水分往上輸送。他因此發展出了毛細運動理論的雛型。另外一位自然學家史蒂芬．海爾（Stephen Hales）（他白天的工作是特丁頓的教會牧師，並在閒暇時間進行植物研究），則認為樹的汁液就像是動物的血液一般，他設計了實驗來探討這個問題。非常關鍵的是，海爾對植物如何利用水分的問題越來越感興趣，他也是第一位對葉子的蒸散作用進行測量的研究人員。對於要了解植物體內的吸收機制，這真是一個至關重大的時刻。

至此，球場已經整好地了。該是重點選手約瑟夫．普利斯特里（Joseph Priestley）上場的時候了。 （相關報導： 這樣我要怎麼教小孩？一妻多夫、多P是常態，400年前植物學分類真是嚇壞大主教 ｜ 更多文章 ）

普利斯特里是他那時代的一個典範人物。他是混合了英國思想家與夢想家的綜合體，對宗教極度狂熱，是政治激進分子與啟蒙主義者，同時也有著強烈的叛逆個性與廣泛的知識。他的著作涵蓋了文法、電學、功利主義哲學，以及唯一神論的神學等等。他熱衷於法國大革命，然而當他的住家被暴民燒毀、故逃到美國賓夕法尼亞州的鄉下時，他仍不畏艱難地創立了一個新的團契，奉獻給上帝與他的信仰。

如我們所知，很多歷史上的科學界先驅，他們同時也都是神學的專研者。普利斯特里是一位異議教派的牧師（也就是非屬英國教會）。他十五歲的時候因故而幾乎喪命，存活下來後，留下給他的除了終身口吃的毛病，就是對宗教信仰與教義探索的全心迷戀。與他一起生活的姑姑總想培養他當上牧師（他四歲時已能背誦一○七個教義的問答），但是疾病讓他的學業得不時中斷，於是他盡可能地利用各種學習形式與閱讀來充實自己，包括了哲學、形而上學，以及其他外語（法語、義大利語、德語、迦勒底語、敘利亞方言和阿拉伯語）。

普利斯特里在植物科學上的主要貢獻是，他認為環繞於我們四周的空氣是由不同的「氣體」所組成的。這些不同的空氣僅是同一種東西的不同狀態，而不是截然不同的氣體。這樣的想法也牽引他進行了一連串的實驗，來研究這些不同狀態是如何存在，以及何時存在並進行交互作用，這為往後的植物化學與生物反應提供了一項極重要的資訊。

按照他的分類系統，他說明這些不同種類氣體的特色，其中最有名的就是「脫燃素氣體」，也就是之後所稱的氧氣。他證明這種氣體可讓老鼠之類的動物得以呼吸，而那些被火焰「傷害」過後的氣體，則無法有此作用。但他同時也發現到，這些被「傷害」過的氣體，可以經由植物（比如他實驗用的薄荷）的葉子來復原，並去除空氣中的有害「燃素」。

如同以往，其他的科學家們前仆後繼地延續普利斯特里的實驗，並將其推展到其他方向。例如後來的法國人安東萬．拉瓦節（Antoine Lavoisier）證明了，普利斯特里所指的「脫燃素氣體」，其實並不是空氣中某種東西被移除之後的氣體，而是一種完全不同的元素。之後他將此氣體命名為「氧氣」，為我們對化學的理解帶來了革命性的新進展。而荷蘭布雷達的楊．英格豪茨（Jan Ingenhousz），他的實驗則將植物與空氣的關係做了更進一步的緊密連結。在其著作《蔬菜的實驗》（Experiments upon Vegetables）中，他觀察植物在白晝時段的呼吸，發現僅有葉子的綠色部分才參予此期間內的呼吸作用。最後，瑞士化學家尼古拉西奧多德．索蘇爾（Nicolas-Théodore de Saussure）則完成了所有精確的測量。

現在的科學已經能夠解釋「為什麼植物會往上生長」，而且這些解釋是清楚的、可行的，也能夠被重複證明的。 （相關報導： 這樣我要怎麼教小孩？一妻多夫、多P是常態，400年前植物學分類真是嚇壞大主教 ｜ 更多文章 ）

本文經授權轉載自商周出版《英國皇家植物園巡禮：走進帝國的知識寶庫，一探近代植物學的縮影》（原標題：向光生長）