植物为什么没有大脑？
因为他们足够强大。 在进化早期的动物中，神经索贯穿动物并在每个体节形成神经结控制肢体运动，在身体前部的神经节通常较大，称为大脑。 在脊椎动物中，大脑变得尤其发达并起着支配作用。而在无脊椎动物，比如昆虫中，大脑相对简单，而除大脑外的其他神经节也能独立发挥一定功能，比如通过咽下神经节控制口器，胸部神经节控制足和翅的活动。这就是为什么去掉蟑螂的头它还具有活动能力。 Fig
1. 昆虫的神经和协调系统（图片来源网络，侵删） 但大象大脑远比蜜蜂大的不一定就比蜜蜂聪明，只不过是进化过程中不同的选择。 除了少数极其原始的动物，如海星，海绵等，所有的动物都有大脑。 所以在大脑的定义中，植物是没有大脑的。 我们的大脑有几百亿个神经元，无比复杂精妙，是不是真的比植物要高等多了？ 事实是，最早发现的人猿不过几百万年，而从藻类开始的植物在地球存在了几十亿年， 它们并不傻。 它们甚至有着很多人都没有的高贵品质，自给自足，无私奉献，而也是这种无私奉献，他们无法像人一样通过吃肉提供大脑运行所需的大量能量，相比之下光合作用产生的能量很少，却也很大，因为这是几乎所有生物的能量来源。 Fig2.
海藻在进行光合作用（图片来源网络，侵删） 所以为什么植物没有大脑？因为他们足够强大，虽然没有大脑，但他们绝不是傻傻的靠天吃饭，人类大脑的基本功能（信号收集，信号处理，控制运动，维持稳态，学习记忆）它们几乎都能做到。 举一些例子， “野火烧不尽，春风吹又生”，白居易的诗告诉我们植物具有着强大的生命力，但也许大家没仔细思考过这首诗背后的科学道理。 十多年前，澳大利亚的科学家也有着类似于白居易的发现，他们发现火灾后的树林中野花长的特别快，他们坚信野火中隐藏着春风吹又生的原因，于是他们用色谱质谱分离灰烬中的化合物，找到了一种分子能够促进种子萌发，他们命名为Karrikin，发表在Science上。 Fig
3. Science上Gavin等人关于Karrikin的发现 植物固着生长的特征让它们对环境的刺激更加敏感，光照温度湿度方方面面的变换都能被植物察觉，正如去年发表在cell封面的发现，COLD1基因能够感知温度变化，而包含粳稻COLD1基因的水稻能显著增强耐寒性。 Fig
4. Cell, 2015, 160(6)封面，水稻COLD1基因的发现 Receptor-like-kinase穿越细胞膜表面感知外界信号并传递到胞内引起下游信号转导，而在植物中RLK的数量远远多于动物。因为植物没有腿不能跑，他们更需要适应环境，虽然不能在空间移动，他们也能够控制气孔开闭等器官层面的运动。 Fig
5. 植物控制气孔开闭机制（图片来源网络，侵删） 而例如植物叶片昼夜的变化，也是由不同化合物控制的。 Fig
6. 植物叶片昼夜节律变化的化学机制 至于学习，今年的一项研究发现捕蝇草能够感知猎物触碰陷阱的次数，触碰一次并不会引起叶片的关闭，这样植物在捕获挣扎的动物的同时也避免了一些非猎物，例如掉落的叶片的干扰。 Fig
7. 捕蝇草捕获食物 关于记忆，有人找来了一堆含羞草栽在小花盆里，再将花盆分别安装到特制的滑轮轨道上让花盆下落。这些植物会滑落到柔软的泡沫中。而下落速度足以刺激含羞草，让它们的叶子卷起来。 然而通过重复多次下落达到六十次之后，人们发现，有些植物在下落时没有出现闭合叶片的反应。 也就是说，植物似乎发现了下落不会对自己造成伤害，所以，越来越多的植物懒得保护自己。含羞草在持续的刺激下会适应这种变化，就像动物实验中一样有了“记忆”。 Fig
8. 含羞草受刺激叶片闭合（图片来源网络，侵删） 而植物有记忆的最直接的例子就是表观遗传。Caroline
Dean等科学家发现植物能够“记忆”寒冬周期长短，从而能够精确地调控开花时间，以确保授粉、发育、种子的传播和发芽能够在恰当的时期进行。开花基因FLC在寒冷的时候会被表观修饰从而被关闭，这项工作发表在2011年的nature上。 Fig 9. Nature上Caroline等关于植物“记忆”寒冬周期长短的发现 总而言之， 植物虽然没有大脑，但他们有自己的一套精细的化合物调控网络。他们与环境与生物之间交流密切，他们能够记忆能够数数植物之间也能够互相“聊天”，他们远比我们想象的要聪明。 参考文献： [1]    
Flematti
G R, Ghisalberti E L, Dixon K W, et al. A compound from smoke that promotes seed germination[J].
Science, 2004, 305(5686): 977-977.[2]    
Angel A, Song
J, Dean C, et al. A Polycomb-based switch underlying quantitative epigenetic
memory[J]. Nature, 2011, 476(7358): 105-108.[3]    
Ma Y,
Dai X, Xu Y, et al. COLD1 confers chilling
tolerance in rice[J]. Cell, 2015, 160(6): 1209-1221.[4]    
Ueda M,
Nakamura Y. Metabolites involved in plant movement and ‘memory’: nyctinasty of
legumes and trap movement in the Venus flytrap[J]. Natural product reports,
2006, 23(4): 548-557.[5]    
van Loon L C.
The Intelligent Behavior of Plants[J]. Trends in plant science, 2015.[6]     Gross M. Could
plants have cognitive abilities?[J]. Current Biology, 2016, 26(5): R181-R184. 【“科研君”公众号初衷始终是希望聚集各专业一线科研人员和工作者，在进行科学研究的同时也作为知识的传播者，利用自己的专业知识解释和普及生活中的 一些现象和原理，展现科学有趣生动的一面。该公众号由清华大学一群在校博士生发起，目前参与的作者人数有10人，但我们感觉这远远不能覆盖所以想科普的领域，并且由于空闲时间有限，导致我们只能每周发布一篇文章。我们期待更多的战友加入，认识更多志同道合的人，每个人都是科研君，每个人都是知识的传播者。我们期待大家的参与，想加入我们，进QQ群吧~：108141238】 【非常高兴看到大家喜欢并赞同我们的回答。应许多知友的建议，最近我们开通了同名公众号：PhDer，也会定期更新我们的文章，如果您不想错过我们的每篇回答，欢迎扫码关注~ 】 http://weixin.qq.com/r/5zsuNoHEZdwarcVV9271 (二维码自动识别)