大家可能都听过一个成语，叫做老马识途。这是发生在春秋战国时期的一个故事，燕国这个国家受到附近一个叫做山戎的部落的骚扰，苦不堪言。因此燕国就请求附近的大国齐国帮忙驱除山戎，齐王就带领大军，赶走了山戎。在过程之中有一次大军迷了路，是依靠一匹老马找到了方向，也是在这次战争中，齐王发现了一种颗粒饱满硕大的豆类，他把这种豆类取名为大豆，并因此带回了齐国，从此大豆在中原地区开始种植。
这是关于大豆起源的一种说法，大豆作为一种重要的粮食作物，已经在中国有两千多年的种植历史了。作为一个物种，大豆无疑是世界上最成功的植物之一。根据统计，全世界至少有1.24 亿公顷土地种植大豆，1而全世界可耕种的土地面积约为15亿公顷2，相当于全世界十分之一的耕地都种植了大豆。
直到今天，大豆也是我们人类最主要的蛋白质来源，根据美国农业部的测定，每100克大豆中含有36克的蛋白质。3大豆不仅可以直接制成豆制品提供蛋白质，更可以变成饲料供给牲畜食用，间接给人类提供蛋白质。可以说没有大豆的话，人类会陷入营养不良的困境。可是，大豆为什么会含有如此丰富的蛋白质呢？
植物和人类一样，同样也是要吃饭的。只不过，植物吸收的是二氧化碳和无机盐，而不是有机物。在无机盐其中，有三种元素是最为重要的，缺少这些元素植物就会面临死亡。这就是氮磷钾。通俗来讲，氮元素可以促进植物长叶，磷元素可以促进植物长根，钾元素提高光合作用效率。植物生长的历史，就是它们在环境中吸取这三种元素的历史。
但与磷、钾元素不一样，氮元素其实在我们环境中并不缺乏：空气中有78%的氮气，是所有气体中含量最多。只不过氮气的化学性质特别稳定，植物无法直接利用氮气。在环境中，氮气只有被闪电击中之时，才会有部分的氮气变成一氧化氮再随着雨水进入土壤，这远远不够植物的吸收。植物无时无刻不是被氮气包围，但植物却只能望着氮气叹气。
大豆生存面临着同样的困境：资源就在身边，只是如何利用。氮气和二氧化碳一样是气体，利用气孔将它们固定在叶片上，显然是一种最简单利用的方式。但可惜，叶绿体只能吸收二氧化碳，对于氮气却是无可奈何。
叶绿体出现在植物体内，其实也是机缘巧合下的结果。叶绿体曾经是一种古老的原核生物，偶然之中它被一个真核生物所吞噬。但因为某种机缘巧合，叶绿体没有被消化，而是成为了真核生物中的一部分，成为了一种细胞器。那自然界中，是否有可以利用氮气的生物吗？当然有，自然界中，专门有一种利用氮气作为能源的细菌，因此被称为固氮菌。只不过在漫长的历史长河之中，类似叶绿体形成的共生事件出现过好几次，但固氮菌却不在其中。“兼并”之路走不成，那植物与固氮细菌合作是否可行呢？可是在植物的叶片上，由于堆满了制造有机物质的叶绿体，已经没有固氮细菌的容身之所，似乎植物与固氮菌的合作要宣告破裂了。
但是难题在时间面前，永远会有解决的办法。特别对于植物，最不缺的就是时间，植物进行了一次冒险的尝试。既然在叶片这个领域无法进行合作，那就换一个领域进行合作，这就是根部。
植物为了合作，必然要先做出牺牲。本来正常生长的根部细胞，发生了变异：本来圆形的细胞，像是长出了一条尾巴，伸长的部分深深的插入土壤之中，并且变得弯曲。在变异细胞的最外端，它与固氮细菌进行了接触，传递了一个信号给固氮细菌。我们提供场所，让你们更好的生存。
固氮细菌在土壤中，需要和别的微生物进行竞争，此时出现的根细胞就像一个慧眼识珠的猎头一样选择了自己，它们自然是非常乐意与之合作的。所以固氮细菌的细胞膜就会和拉长的根细胞的细胞膜进行融合，固氮细菌得以进入到了根细胞。
此时的固氮细菌，就像一个部门空降而来的部门领导，新官上任三把火，自然很想做出一些业绩。此时单一的一个细胞已经不能满足它，控制了细胞激素系统的会命令周围的根毛细胞打开自己的细胞膜，含有根瘤菌的液泡就会不断在周围定居。
固氮细菌解决了住房问题，就需要开始干活了。毕竟植物把你招进来，是让你干活的。固氮细胞会固定根部附近游离的氮气，将之变成植物可以利用的铵态氮。植物也非常配合固氮细胞的工作，要房子给房子，要票子给票子。植物利用自身产生的豆血红蛋白清楚根毛附近氧气的干扰，并且提供大量的能量给固氮细菌，让它去打破坚不可摧的氮气之间的化学键。对于植物来说，这样的付出是巨大的，平均固定1g的氮气，需要消耗12g的有机碳才能进行。4
此时的固氮细菌，已经彻底成为了植物的一部分。由于它的出现，也是一种异物的入侵，植物的根部细胞受到刺激就会产生大量的分裂和生长，表现出来就是植物不再是一条一条的根系，而是变成了一团一团的疙瘩。对于人类来说，类似的过程我们有一个更熟悉的名字，那就是肿瘤。
没错，豆科植物与固氮细菌合作的过程，其实就是植物得上肿瘤的过程。对于我们人类来说，肿瘤绝对是一个闻之色变的词汇。恶性的肿瘤就是癌症，是人类仅次于脑卒中的第二大死因5，而即使是良性肿瘤，也不过两害之中取其轻，开刀吃药治疗是免不了的。可是为什么植物却会主动染上肿瘤，植物就不怕引火上身吗？
事实上，植物还真的是不怕，因为植物有多重保护防止了自己被入侵。首先，植物体内的细胞之间除了有细胞膜，还有细胞壁进行阻隔。细胞壁坚固并且具有弹性，它就像一个栅栏一样把每个细胞都固定在相应的位置，因此植物细胞像向动物细胞一样自由转移几乎是不可能，所以即使是有植物细胞被感染，也不可能扩散到整个植物体。
第二重保护就是植物是去中心化的生物，你很难说植物究竟哪个器官更重要，几乎所有的植物器官，都具有重新生成一个完整生命的能力。而肿瘤细胞对付人类就很简单了，只要入侵了人类的一个重要器官，就可以造成人体的死亡。
植物对于根瘤菌第三重的防护，就是根瘤菌只能在根瘤上定居，却无法在根瘤上进行繁殖。固氮细菌在刺激形成根瘤的同时，植物也在分泌细胞分裂素抑制根瘤无限的扩充。6固氮细菌对于豆科植物来说，请来就是干活的，一旦植物体内的氮元素已经充足，它就会减少根瘤的产生数量。对于固氮细菌来说，在如此严密的组织内，自然也不会给它闹事的机会，它只能兢兢业业的固氮，产生不了其他非分之想。毕竟，在自然界，唯一的法则就是没有法则。只要为了生存，一切皆有可能。
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