乔纳森·格申宗:解读植物气味

一位1972年西屋科学奖决赛入围者,从高中项目研究洛杉矶的灌木丛,到成为德国顶级研究所之一的主任,研究植物萜烯的用途


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他的决赛入围年: 1972

他的决赛项目:对洛杉矶郊外山丘上的植物多样性的研究

项目缘起:乔纳森·格申宗从小就对植物着迷,他在20世纪50年代和60年代在洛杉矶长大。尤其让这位年轻的博物学家着迷的是植物的气味。在高中时,在他的科学老师的鼓励下,他从图书馆借阅了关于植物生态学的书籍,然后徒步前往洛杉矶郊外的山丘,研究灌木丛(覆盖该地区,并在该地区野火中起关键作用的稠密耐旱灌木和小乔木)。他在一块区域上拉起绳索网格,并记录了不同灌木物种的普遍程度——野丁香、曼zanita、山艾树。然后他会拍张照片,并将绳索网格移动到另一个海拔或山丘。

即使在相对接近的地块中,不同灌木丛群落的组成也各不相同,这让他感到惊讶。他能够表明,离海洋的距离在植物多样性中起着重要作用,后来他了解到,灌木丛的组成在很大程度上取决于该地区最近一次燃烧的时间。他说,他从未检验过这个论点。但是,“有人看到了一个孩子身上的一点希望”,这个孩子愿意把假期花在研究加州本土植物上。当他带着他的项目参加1972年西屋科学人才搜索时,他被提名为决赛入围者。

对他的职业生涯的影响:格申宗成为加州大学圣克鲁兹分校的生物学专业学生,并开始研究植物产生的“所有这些美妙气味”的化学成分。这就是他了解一类被称为萜烯的化学物质的方式。这些化学物质可以使植物闻起来气味宜人,或者相反,令人讨厌。(它们也是许多家用清洁剂中的活性成分——以及一些人认为可能具有毒性的成分。)

“多年来,人们认为它们在某种程度上是废物,”他说——也就是说,对植物生长或繁殖不是必需的。但格申宗逐渐明白,萜烯最有可能是防御病原体或昆虫的防御机制,或是向“自然群落的其他成员”发出的信号。

他前往德克萨斯大学奥斯汀分校攻读植物化学博士学位,他的论文是关于在美国南部和东部本土野生向日葵中发现的萜烯。他和一位本科生助理花了整个夏天在美国东南部开车,收集成袋的野生向日葵样本,这些样本中挥发性更强的萜烯开始熏臭他们的后座、露营地和酒店房间。“我们也有一些更典型的公路旅行的冒险经历,”他说,人们开始怀疑两个年轻人在田野里闲逛,把杂草塞进他们的车里。“有人报警抓我们。”尽管如此,他还是在1984年获得了博士学位。

在那之后,他在华盛顿州立大学普尔曼分校花了几年时间进行研究,研究参与产生萜烯的酶。他了解到,有时相同的途径可以产生不同的化合物,从而在植物的气味中引入统计概率的元素。这可能有助于产生野生种群中存在的各种香气。

1997年,他接受了密歇根州立大学东兰辛分校的教职,但转而接受了马克斯·普朗克学会的邀请,前往德国建立一个新的专门研究化学生态学的研究所。建立某种东西的想法吸引了他。于是他收拾行李,开始学习德语。

他现在正在做什么:如今,格申宗是德国耶拿的马克斯·普朗克化学生态学研究所的常务董事。(他指出,他的语言技能仍在进步中,但他的德国出生的孩子们很乐意纠正他。)

他的研究着眼于使用现代分子方法来操纵植物特性,并分离和测试萜烯的影响。这项工作本身就对气味爱好者极具吸引力,而且对农业具有实际意义。例如,格申宗及其同事在2005年发表在《自然》杂志上的一项研究中发现,当玉米根虫攻击玉米时,植物会产生一种萜烯,吸引线虫,一种蛔虫。线虫,恰好以根虫为食。不幸的是,对于大多数北美玉米品种来说,这种防御机制在发育过程中已被培育出来——可能是偶然的,但付出了意想不到的代价。

密苏里大学哥伦比亚分校克里斯托弗·S·邦德生命科学中心主任杰克·舒尔茨说:“化学防御是决定植物成败的主要因素之一。没有它们,世界就不会如此绿色。“防御生产如何在基因水平上受到控制对于育种或工程改造对害虫更具抵抗力的作物和其他植物至关重要。”他说,格申宗的工作极大地扩展了关于植物如何制造和使用萜烯的知识。

多年来,格申宗一直沉浸在植物的气味中,他对嗅觉产生了相当的 appreciation,尤其是它与记忆以及我们作为物种的生存的联系。“这是我们的猿类祖先避免中毒的方式,”他说。现在,“市场上的一些当地妇女会闻每一块水果的气味,”但这是一种正在消逝的 appreciation。很少有人有如此灵敏的鼻子和最喜欢的香味。至于格申宗,“我仍然偏爱薄荷科——薄荷和绿薄荷、百里香、鼠尾草和牛至。” 尽管,“我也喜欢花,”他补充道。“很难只选择一种。”

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