植物细胞内部更像液体还是固体?虽然这听起来像是一个奇怪的问题，但在阿姆斯特丹大学进行的研究表明它可以是任何一种，这取决于你照射在它上面的光线有多少。植物细胞内的叶绿体构成了一种活跃的物质形式，会经历剧烈的相变。

自古以来，植物如何感知和响应环境的问题一直吸引着科学家和哲学家。两千多年前，柏拉图在他的《蒂迈欧篇》中写道，植物有一个“灵魂”，可以体验“感觉、快乐、痛苦和欲望”，但缺乏“判断力和智慧”。

动还是不动

虽然现代科学家大多同意这种诗意表达的评估，但他们不同意柏拉图的后续声明，即植物“被剥夺了自我运动的能力”;生根并不意味着植物无法移动。想想每天追踪太阳的年轻向日葵，或者向着阳光明媚的窗户生长的室内植物。

在更短的时间尺度上，植物细胞内的叶绿体将响应光强度的变化而快速移动。叶绿体是进行光合作用的植物细胞的绿色成分，光合作用是将阳光转化为化学能的过程。它们在细胞内不是静止的，能够利用其膜内的蛋白质在细胞质内四处移动。

在弱光条件下，叶绿体会展开以捕获最大量的光。然而，过度暴露在强光下会对它们造成伤害，它们会通过快速逃生动作来避免这种命运。因此，叶绿体运动同时最大化光合性能，同时最小化光损伤。

这些图像显示了Elodeadensa植物细胞(绿色)中的叶绿体，上面覆盖了它们在20分钟内的跟踪运动。运动轨迹的颜色代表所经过的距离，如右侧的颜色条所示。当置于昏暗的红光下(上图)时，叶绿体被固定在玻璃态。在明亮的白光下(底部)，它们反而进入了一种类似液体的状态，在这种状态下它们会四处移动。图片来源：NicoSchramma(UvA)

呆滞行为

尽管对这种细胞内运动进行了数十年的研究，但关于叶绿体如何集体组织自身的问题仍然存在许多悬而未决的问题。阿姆斯特丹大学的研究人员NicoSchramma、CintiaPerugachiIsraëls和MaziyarJalaal决定从物理学的角度研究这种行为。

他们的论文发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。

“我们的结果表明，在昏暗的光线下，叶绿体形成一个单层，表现出类似玻璃的特征。这表明这种生物系统与丰富的玻璃物理学领域之间存在令人惊讶的联系，”Schramma解释道。玻璃不仅仅是一种窗户材料，它是由密集排列但排列不整齐的颗粒组成的刚性物质相。

与简单的原子(真正没有生命的原子)不同，叶绿体可以利用能量来产生自己的运动。此外，叶绿体受其独特的细胞内环境影响并与其相互作用。这使得这种玻璃相成为一种令人兴奋的“活性”物质新形式。

处于玻璃态有助于确保在弱光条件下收集尽可能多的光，因为叶绿体的位置非常理想。当暴露在强光下时，这种玻璃态会迅速“融化”成液体，叶绿体在其中快速移动。

接近过渡

通过跟踪和分析Elodeadensa植物中叶绿体的光依赖性运动，并将其与新开发的数学模型进行比较，研究人员发现叶绿体被调整为接近玻璃态和液态之间的转变。

接近这种转变的一个明显迹象是，即使在低光玻璃态下，也并非所有叶绿体都静止不动。时不时地，一个叶绿体会突然从它的位置上爆发出来，在再次卡住之前超过其他几个。在某些情况下，这种运动的爆发会刺激附近叶绿体的一系列协调运动。

Schramma总结道：“接近玻璃化转变使叶绿体能够迅速转变为类似流体的相，以实现有效的避光运动。”除了它们的生物学相关性外，Elodeadensa中叶绿体的光依赖性动力学阶段构成了一个有趣的模型系统，可用于未来对致密活性物质和活物质的研究。