最近我一直在思考睡眠的问题，主要是因为我为《大众科学》三月刊写了一篇关于这个主题的文章。当然，睡眠是人类生活中至关重要的一部分。我们每晚都会睡觉（至少我们应该）。我们也看到其他动物睡觉，从我们脚边打盹的宠物狗，到在窗外树上栖息的野鸟。但那些经常出现在“我们现代的瘟疫”中的生命形式呢？微生物会休息吗？昆虫每天都会定期睡觉吗？植物呢，从农作物到入侵物种？
如果所有这些生物都睡觉，或者表现出一些相似的行为，那么科学家们是在利用这种特性来造福我们吗？
为了探讨这些问题，我将在未来几周内发布一个三部分系列的文章。首先是：植物。
那么，植物会睡觉吗？我向几位植物学专家提出了这个问题，简短的回答是：不，至少不是字面意义上的。植物没有看起来是人类睡眠关键的中枢神经系统。但植物确实有生物钟，它们会随着地球24小时的光暗周期进行调整，即使它们一直处于光照下也能保持这种节奏，就像我们一样。而这正是事情变得非常有趣的地方。
周期性线索
对我们来说，生物钟决定了我们何时应该睡觉，何时应该醒来：早晨的阳光进入我们的眼睛，触发大脑中控制褪黑素水平的细胞，褪黑素在一定程度上控制着睡意。褪黑素越多，我们就越困——白天水平下降，晚上升高。虽然我们的主要睡眠时钟在大脑中，但我们身体几乎所有细胞类型中都有时钟基因，并且在睡眠期间会发生重要的生理过程。
莱斯大学的植物生物学家Janet Braam说，植物在一天中的每个阶段也会经历生理变化。“生物钟的功能对植物来说很可能具有多样且非常重要的优势，”她通过电子邮件告诉我。例如，“我们知道植物利用生物钟来监测日长，从而可以在天气实际变化之前为季节性变化（如冬季）做好准备。”
事实上，植物的行为受到太阳的严格控制。白天，植物在光合作用过程中吸收阳光，它们通过这个过程获取能量。但当太阳落山时，植物的进食机会就消失了，取而代之的是其他生理过程，包括能量代谢和生长。
植物可以每天预测黎明，并随着太阳移动以最大化其光合作用潜力。例如，下面延时摄影中的向日葵会随着日出日落来回摆动，而这个很棒的网站sLowlife上的视频显示，玉米幼苗会朝向灯泡弯曲，向日葵幼苗则像在跳舞一样伸向阳光。
Braam在莱斯大学的团队发现，某些植物的生物钟也决定了它们何时启动针对捕食者的化学防御。一项关于2012年的研究，针对拟南芥（一种与卷心菜相关的、被广泛研究的开花植物），发现该植物的生物钟有助于抵御卷心菜夜蛾幼虫。一组遵循正常昼夜周期规律的植物会预测幼虫通常的进食时间，并释放出一种刺鼻的化学物质来阻止进食。而那些被强制调整为相位偏移12小时光照周期的植物则没有这样做，因此被啃食了。
在去年六月的一项研究中，研究人员表明，卷心菜即使在收获后仍保留其生物钟，包括一种称为4MSO的化学物质的周期性产生，这种化学物质可能具有抗癌特性。
充分利用情况
从进化角度来看，植物具有如此强大的、与环境相关的化学生命是说得通的。达特茅斯学院的植物遗传学家Robertson McClung指出，就像其他任何生物一样，植物也需要进食并保护自己免受捕食者的侵害。然而，与动物不同的是，植物无法行走去寻找食物或寻求庇护。为了生存，它们必须利用一天中的不同时段来最大化食物摄入和生长。它们还会感知昆虫和其他捕食者的周期性活动，以准备化学防御，或者感知温度的微小变化或阳光的时间来为不同的季节做准备。
这对我们意味着什么？了解如何控制冰箱里蔬菜的营养成分，可以改善我们的饮食和健康——比如，在4MSO达到峰值时食用一份卷心菜。操纵植物的化学信号也可能提供一种害虫控制的选项，或者提高作物产量。
“所有研究植物生物钟的人都以此为目标，”McClung解释道，他指的是我们可以利用植物自然节律的想法。“现在有一种趋势，有越来越多的数据表明，通过操纵生物钟，可以提高作物产量。”
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延伸阅读
sLowlife展览 – 植物运动，印第安纳大学
C. Robertson McClung，“Plant circadian rhythms，”The Plant Cell 18:4 792-803 (2006)
Danielle Goodspeed et al，“Postharvest circadian entrainment enhances crop pest resistance and phytochemical cycling，”Current Biology 23:13 1235-1241 (2013)
Danielle Goodspeed et al，“Arabidopsis synchronizes jasmonate-mediated defense with insect circadian behavior，” _PNAS 109:12 4674-4677 (2012)_
