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各地科學家關于植物說話的研究成果

小勺子發表于2016年05月20日20:15:09 | 植物知識 | 標簽(tags):植物 說話

沒有植物就沒有現在的我們。想想它們多棒:提供氧氣,提供有機物,提供綠化,幫助維持生態平衡,而且還不會絮絮叨叨喋喋不休。慢著,植物真的不會說話嗎?還是說只是以我們聽不見的方式?如果讓科學家們打個賭,他們很可能會認為植物有自己獨特的“說話”方式。最近,來自比利時根特大學的瑪雅·辛普雷加(Maja Simpraga)在《整合植物生物學期刊》(Journal of Integrative Plant Biology)發表了一篇小型綜述,總結了各地研究者窺探“植物語言”的成果。

音節、詞組和語句?植物也能有

可不要以為植物的語言就是風吹樹葉的沙沙聲或雨打芭蕉的滴答聲。其實對植物來說,“說話”是通過釋放化學物質來完成的。這種方式與人類發出聲音的說話方式有本質的區別,更像是某種隱秘的“竊竊私語”。

它們說的話沒有聲音,卻可能有氣味——像我們平時熟悉的松香味、樟腦球味、檸檬的氣味、黑胡椒的辛辣味等,其實都是植物釋放出的化學物質,行話叫“生物合成的揮發性有機化合物”(BVOCs)。這些揮發性有機物既是植物的主要次生代謝產物,也是植物與植物、植物與其他有機體之間傳遞信號的媒介。

很多類型的BVOC物質是由萜類化合物形成的。含有5個C原子的異戊二烯單體(C5)是構成萜類化合物的基本單位,所以有科學家[2]將其比作植物“語言”中的一個個“音節”。這些單體按照不同順序排列組合構成數量極其龐大的單萜(C10)和倍半萜烯(C15),就成了一個個“詞組”。最終,多種不同萜類化合物混合而成的BVOC經由植物釋放出來,就像它們“說出”的一個個語句,維系著植物的交流。

更神奇的是,植物甚至也有“方言”。不同物種的植物所釋放的BVOC物質中,萜類化合物的數量和質量各不相同。同一物種的植物個體之間用自己的一套化學性質相同的BVOC交流起來更高效,并且遭遇的蟲害更少。

防御暗號:小心,危險來了!

植物怎么“聽”同伴的“話”呢?研究發現,植物可以通過氣孔攝入氣體化合物,比如CO2和BVOC,被攝入的BVOC可以進入植物的新陳代謝途徑。除蟲菊(Chrysanthemum cinerariaefolium)在受到傷害時釋放出的BVOC可以誘導相鄰植株合成除蟲菊酯,而釋放出的BVOC中,各化合物的比例和濃度對除蟲菊酯的合成起決定性作用。對擬南芥的基因表達譜分析也證實,某一植株釋放的BVOC可以啟動相鄰植株的防御基因。這些結果提示,在植物之間的交流過程中,特定組分的BVOC的釋放為相鄰植株提供了“危險即將到來”的重要信號。

一片除蟲菊。當受到傷害時,它們可以通過交流守望相助。

一片除蟲菊。當受到傷害時,它們可以通過交流守望相助。 圖片來源:John Logan

的確,植物之間交流的一個重要作用就是主動防御可能出現的病蟲害威脅。當一株植物遭遇病蟲害時,它會釋放BVOC通知身邊的小伙伴們;同伴們接收到信號后,會啟動自身抗病相關基因的表達,從而全副武裝來對抗敵人的入侵。這讓我想到植物大戰僵尸里的畫面,每株即將面臨危險的植物都像豌豆射手它們那樣準備好自己的殺手锏,準備英勇地趕走“陰魂不散”的入侵者們,決不坐以待斃。

“竊聽”的吃客和“變味”的食物

反過來,植食性昆蟲也會“偷聽”植物說的話。所謂“蘿卜白菜,各有所愛”,特定的植食性昆蟲會喜歡吃特定的少數植物。而由于不同植物釋放的BVOC中各化合物成分比例有較大差異,植食性昆蟲得以通過感知這些BVOC而在萬花叢中定位到自己的美食。雖然空氣中到處都是不同植物釋放的BVOC信號,但它們能根據特定化合物的比例,從一堆“噪音”中準確地分離出自己需要的信號,找到目標,妄圖飽餐一頓。

面對如此“精準”的威脅,植物也建立了巧妙的防御途徑:當遭受昆蟲侵害時,立即改變自己釋放的BVOC中各化合物成分的比例,昆蟲感知到食物的“味道”一變,可能就不再對這個植物感興趣了。研究者發現,當用歐洲白樺(Betula pendula)來喂養尺蠖蛾的幼蟲時,在幼蟲開始啃噬植株2—3分鐘內,歐洲白樺的一些C6醛類化合物就被快速釋放達到峰值。

與較為直接的抗蟲途徑相比,植物還有一種間接的防御手段。當植物的葉片受傷時,植物體會在很短時間內合成并釋放另一種BVOC物質,并分泌一種特殊的花蜜來吸引正在侵害它的昆蟲的天敵[3]。你吃我,我就把吃你的叫來,這樣一來,那些植食性昆蟲也就不敢得瑟了。聰明如植物,也懂得“以其人之道,還治其人之身”的道理。

你吃我,如果你吃到我,我就叫它來吃你

你吃我,如果你吃到我,我就叫它來吃你。 圖片來源:Robert Krulwich/NPR

站太遠聽不見

在空氣中,不同種類的BVOC有不同的“壽命”,這是因為它們可與臭氧(O3)、羥基(OH)、硝酸根基團(NO3)發生反應,且BVOC的雙鍵數量影響反應活性。一般而言,植物之間的交流需要在不超過1米的較短距離內進行。受空氣中氧化劑的影響,有效的信號交流距離可能更短,或需要更高的組分濃度。

這么比起來,植食性昆蟲就比較厲害了:研究表明,在富含臭氧的空氣中,BVOC濃度減少甚至完全消失并不會消除傳遞給昆蟲的信號,說明原始的BVOC在空氣中被氧化后的反應產物依然對昆蟲有信號價值,不過這一點還需要更多的實驗來驗證。

盡管植物的“語言”并不能直接被人們聽取,但這種交流對植物自身的生存有著至關重要的作用,破解它們也將幫助我們更好地理解自然。在花園或林蔭小道中散步的時候,你或許能以更動態的視角去看待那些不跑不跳不出聲的植物們——說不定它們正歡快地聊著天呢!

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