一粒种子，从一萌芽开始就知道茎往上长，根朝下扎。那么，它是怎样知道“上”“下”的概念的呢？是什么力量让它选择这种生长方式的呢？这是许多植物生理学家一直感兴趣的问题。
牛顿发现的万有引力，给植物学家带来启发，人们认识到，地球的吸引力是影响植物生长方向的重要因素。那么促使植物茎上根下生长的力量是什么？著名生物学家达尔文曾观察到，植物的根和芽在改变生长方向时，各部位细胞的生长速度是不同的，至于其原因，他当时无法作出更进一步的解释。
1926年，美国植物生理学家弗里茨·温特第一次发现了植物生长素的秘密。他做了一个实验，使植物的胚芽鞘一面接受光照，一面对着黑暗处，结果胚芽鞘在生长过程中渐渐向有光的方向弯曲。从胚芽鞘中，温特分离出一种化合物，因为这种化合物具有促使植物生长的功能，所以，温特称之为植物生长素。他发现，生长素总是爱聚集到遮荫的一侧，因而使植物的遮荫部分生长加快，而相对缺少生长素的受光部分则生长较慢，结果导致植物发生弯曲。于是温特指出，植物茎、叶的弯曲是由生长素在组织内分布不均造成的。在重力条件下，生长素也会向植物下部积累，使植物根向下长，茎向上长。
这一发现，吸引了众多科学家对生长素的研究。他们通过实验进一步发现，生长素在根细胞内的分布也不对称，水平放置的根，上面要比下面生长快，促使根向下弯曲生长。
后来，美国俄亥俄州立大学的植物学家迈克尔·埃文斯和他的同事在研究中又有了新的发现，植物在弯曲生长的过程中，无论根冠下侧还是芽的上侧，都含有大量的无机钙。由此，他们提出一个新理论：无机钙在植物生长方向上起举足轻重的作用。对此，埃文斯是这样解释的，因为根冠中有极为丰富的含淀粉体的细胞，淀粉体在贮存淀粉的同时也贮存大量无机钙。在重力的作用下，淀粉体会把内部贮存的钙送到根冠下侧，使根向下生长。这时如果用实验手段阻止钙的移动，植物就会表现出非正常的生长方式。植物的芽也是这样，淀粉体也能将贮存的无机钙送到上侧细胞中。因此说无机钙对植物生长方向有着不可缺少的作用。
如果真是这样，重力可以使无机钙到达根冠下侧，那么把无机钙送到芽上侧的力量又是什么呢？美国得克萨斯州立大学的斯坦利·鲁进一步研究发现，由于细胞的上端和下端电荷数量不同，这种不一致引起了细胞极化。当为数众多的被极化细胞排列在一起时，会产生有足够吸引力的总电荷，是总电荷吸引着带相反电荷的钙原子在植物体内来去自如地上下移动的。因此他认为，控制植物生长方向的是细胞的极性。
研究并未停顿，争论也并未终止，到底植物的生长方向由什么决定，还是一个有待探索的谜。
