植物從一粒小小的種子萌發開始，它就知道根應該往地下生長，而莖幹則伸向天空。這個極為普通的現象其實蘊涵著複雜的科學難題：它是怎樣懂得“上”和“下”的概念呢?又是由什麼力量促使它選擇根朝下、莖朝上的生長方向呢?

最普遍的解釋是重力因素，地球的引力是影響植物生長方向的重要因素。達爾文曾觀察到，植物的芽和根在改變生長方向時，各部分細胞的生長速度不同，但達爾文無法進一步解釋這為何不同。 　　

美國植物生理學家弗裡茨·溫特，從胚芽鞘中分離出植物生長素，它具有促使植物生長的功能。生長速度的不同導致植物生長彎曲。於是溫特認為，植物的莖或葉片的彎曲是由於生長素在組織內的不對稱分佈造成的。有的學者認為，植物根總是朝著地心引力的方向生長，這同樣是透過生長調節劑在根細胞裡不同的分佈來實現的。美國俄亥俄州立大學的植物學家邁克爾·埃文斯和同事們透過研究認為，無機鈣對於植物的生長方向起著舉足輕重的作用。美國德克薩斯州立大學的研究人員斯坦利·魯在研究中發現，由於細胞的極性帶動鈣的移動，從而導致植物莖幹總是向上生長，而根則朝地下生長。植物生長的方向到底取決於什麼，目前依然是個科學難題。

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