第4章 好奇的天文学家

案例

在1729年夏天的一个美好傍晚，法国天文学家让·雅克·德奥图·德梅朗坐在书桌旁写论文。他停了下来，失神地看着窗外晴朗的夜空，思考着一个深奥的句子，我们之中的部分人在集中精神思考问题的时候也是这样。虽然外面还没有昏暗到需要点灯来工作，但是天空的光线清楚地表明，就要到晚上了。德梅朗还没能理清思路写出浅显易懂的文章。他将目光转回房间内，落在了窗台上花盆里的一株植物上。这是一株含羞草，它有细细的毛茸茸的叶子，是他最爱的植物之一。德梅朗的思绪又重新回到现实世界，他发现含羞草已经“睡觉”了：白天的时候它的叶子是张开的，而此刻它的叶子已经合上了。德梅朗很羡慕这株植物，它可以一直遵循规律不动摇，始终准时入睡。他问自己，人类的清醒和睡眠状态是否和叶子的张开、闭合状态是一样的呢？可惜他的生活未能遵循规律，尤其在写东西的时候，他经常会一直工作到凌晨，直到累得握不住羽毛笔为止。但是上床之后，他很长时间都睡不着，还在想着文稿。等他醒过来的时候，太阳已经高高升起了。

这天晚上，在睡着之前，他一直在思考人的睡眠和含羞草的睡眠是否有共同之处。他想，绝大多数的动物都会睡着，植物难道就不可以吗？但是从另外一个角度想，植物不像动物，它们既不会乱跑，也不消耗精力，为什么它们需要用睡眠来恢复精力呢？和人类以及动物不一样，植物是在固定的地方生长的，它们不能离开阳光，完全依赖于昼夜变化。或许撑了一天的叶子对植物来说是非常疲惫的事情。白天植物张开叶子，是为了吸收阳光还是为了给植物的下半部分创造一片阴凉？不管怎样，叶子都不需要在日落之后张开了。所以叶子的活动明显与明暗变化有关。但是为什么含羞草的叶子在日落之前就闭合了呢？当然，太阳的位置在一天之中会发生变化，傍晚的时候日光就不是从正上方射下来了。因此叶子的状态适应太阳的方向变化，以便吸收阳光或者制造阴凉，对植物本身是有益的。德梅朗经常观察植物的叶子是怎样朝向太阳张开并随之运动的。他思考这个现象越多，便越清楚这与阳光和黑暗都有密切的联系。

虽然才凌晨3点，他却突然醒了，然后猛地坐了起来。他想到了一种测试叶子运动与太阳运动的关系的方法！德梅朗从床上跳了下来，跑进了工作室。他匆忙打开书桌下面的柜门，拉出所有的抽屉，给含羞草腾出空间，然后把花盆放进去，最后关上门。这个简单的实验让他十分兴奋，他甚至没指望还能睡着，可是当他回到卧室，几乎在还没上床的时候就马上睡着了。第二天早上待他醒来已经很晚了，过了一会他才想起来，昨天夜里他开始了一项实验。他又从床上跳了起来，奔下楼冲向工作室。他拉上窗帘，使整个房间尽可能地变暗。然后他小心地打开书桌的门，使脑袋刚刚好能探进去。让他吃惊的是，虽然含羞草完全处于黑暗之中，但是它已经“醒”了，像以往那样张开了叶子！

继续专心写文稿对他来说是有点困难了。又是阳光明媚的一天，他决定到室外去工作，这样他就能把工作室的窗帘拉上了。大约每隔一小时，他就进屋去看看书桌下面处于黑暗中的含羞草。含羞草的叶子一整天都是张开的，直到下午晚些时候才开始闭合。在太阳还未完全落山的时候，叶子已经完全收拢了。当他半夜上床睡觉的时候，含羞草已经“睡”熟了。

在接下来的几天里，德梅朗迅速地记录着他的观察，所以他一直没睡好。将近一个星期的时间里缺少睡眠，他累得在晚上8点到9点就睡熟了。半夜他醒来，从卧室的窗户向外看，虽然外面还是很暗，但是已经破晓了。他走下楼，想要再看一眼置于书桌里黑暗中的含羞草。工作室拉着窗帘，里面漆黑一片。他不得不点燃一根蜡烛才能看清四周。然后他把蜡烛放在了离书桌尽可能远的地方。眼睛适应黑暗之后，能够很清楚地看清昏暗的房间了。他将书桌柜门拉开一条足够用来观察的小缝。他看到，含羞草已经开始张开叶子了。他持续进行了几天这个小实验，然后确定，含羞草的叶子一直遵循着和之前在窗台上一样的规律。

显然植物“能够知道”太阳的位置，“知道”什么时候是白天，什么时候是黑夜。实验进行的下一个阶段里，德梅朗试着将他的时间安排提前，以便他在日落之后，以及阳光穿过窗帘之间狭窄的缝隙射进工作室之前打开柜门。每天早上太阳升起之前，含羞草的叶子就已经张开，晚上日落之前叶子又合上。它就好像一个整天躺在床上不见日光的病人一样，但一直是晚上睡觉、白天清醒的状态。德梅朗推断，叶子的运动，至少是含羞草叶子的运动，应该不只是对光线和明暗的反应。在1729年夏天接下来的日子里，他重复了多次实验。每次他都把这株植物放到黑暗中好几天，然后又将它置于阳光下，因为它需要阳光。他为了观察其他植物的状况，甚至还从朋友那里借来了几盆含羞草。每次他都能确定叶子的运动在持续的黑暗中并没有发生改变。这个实验结果是多么有意思。他放下了本来还想在这个夏天结束之前完成的文稿，开始了 “植物观察”。如果能看到其他植物是否也是这样，就更有意思了。显然决定植物叶子张开闭合的并不是光线——可能是温度。如果是温度的话，用取暖炉就能确定。虽然叶子的节律看起来与植物本身的节律有关，与光线无关，但是德梅朗提出了这样一个问题：如果用人工的光线变化代替自然的昼夜交替，那么叶子的节律变化规律是否仍然不受影响？

理论

德梅朗是发现昼夜明暗节律的第一人。他发表的报告出现在一篇重要的科学论文中，只有350个单词，7个很长的句子，是当时（也是现在）典型的法国式写作风格。就是在同一年，法国科学院的成员N．马钱特发表了一篇报告，含羞草实验即包含在内。文章最后两句话表明德梅朗每天的工作不允许他一心扑在不相关的实验上，但他希望植物学家和物理学家能够解释这个实验的结果，即使他们也有其他的事情。

德梅朗发表的报告经过证明都是真实的，并且他的观察项目随后经常成为其他植物学家和动物学家（包括达尔文）的研究对象。直到两百年后，植物学家、动物学家和生物科学家们才开始用现代的方法研究可能存在的体内时钟的运行机制。而第一个发现这个现象的法国天文学家德朗梅，却因为太过繁忙，所以没能继续他的实验。