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植物间的秘密对话

植物;植物研究;农业


       1983年,科学家们公布了一项和植物“对话”有关的惊人发现:树木可以彼此提醒食叶昆虫即将到来。简单的结论引起了全世界主流媒体的关注,包括《科学》杂志在内,都在讨论这些“会说话的树”。对话是人类自我表达、沟通的能力,树木真的能像人类一样“对话”吗?它们是如何实现“对话”的?又在“说”些什么呢?


       尽管树木等植物不能运动,无法选择更好的生存环境,但为了应对外界变化,调节生长,它们每时每刻都在观察着周围的环境,不断与“同伴”和环境“对话”,以提高自身的抵抗能力和适应能力。


依靠嗅觉传递化学信号


       植物可以释放乙烯、水杨酸甲酯、茉莉酸甲酯、生物源挥发性有机物等气体,这样植物不仅能闻到自己的气味,还可以闻到邻近植物的气味。正是通过空气传播这些化学信号到邻近植物,实现了植物相互间的快速联络。

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▲金合欢树会释放乙烯向邻近的同伴传递信息


       非洲金合欢是长颈鹿的珍馐,为了摆脱这种草食性的庞然大物,金合欢通过释放乙烯向邻近的同伴传递不速之客来袭的信息,并且几分钟内就可以在叶子里散布毒素实现自我防卫;而长颈鹿也非常聪明地选择逆风处100米开外的、毫无警觉的其他金合欢大快朵颐。类似的情景同样出现在山毛榉、云杉或桤木等植物上,邻近的植物通过嗅觉“对话”,获得关键信息,保护自身。


电子传信,互通警情


       1989年,物理学家瓦格纳通过实验找到了植物之间沟通的证据,并把植物之间相互交流的语言媒介称为“W波”。“W波”是一种电脉冲,这种脉冲信号传送反应速度和人类的毫秒级比起来慢很多,约为3秒/英尺(1英尺=0.3048米)。当植物接收到“W波”时,它们会花上一小时时间把防卫物质送到叶子里,破坏敌人的胃口。比如橡树,每当危险发生时,它们就会以电子信号的形式传递信息,通过脉管将苦涩且具有毒性的单宁酸送到叶片和树皮中,以驱赶敌人。


       树木的反应本来就慢,但这已经是最快的速度,全然不会妨碍一棵树不同部位间的协同运作。同时,这种电子信号还可以实现植物体内部的上传下达,更可以通过叶子带有某一目的、专门配置的气味向外传送,实现复合型“对话”。


来自地下的“互联网”菌根情报站


       植物也可以通过在地下连成一体的根部传递信息。植物的根含有不同的细胞类型,细胞与细胞间发生着广泛的信号交流,犹如人类的“对话”。作为细胞间“交流”的信号,如何才能让一个细胞分泌的“根分生组织生长因子”被另一个细胞识别呢?研究发现,这个接收该信号的“天线”就是另一个细胞表面的特异受体蛋白。


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特异受体蛋白


       树木根系的范围通常是树冠的两倍,其为了确保信息能够快速传递,多数情况下会借助真菌。每一棵树都有好几种真菌可供选择,而且真菌之间会顾虑彼此平衡和谐的关系。菌丝在土壤中穿梭,在分子级别和植物根部尖端相互交联。植物的根和真菌相互结合,形成了菌根。由此,植物个体在地下经菌丝网络相互连接在一起,这是一系列纷繁复杂的协作结构,被称为树林万维网。菌丝密布交织,其作用就像网络光纤一样把整座森林联结起来,树木和菌丝互相调节、互相补充,不断交换着害虫、干旱等危险消息,顾虑彼此,创造了均衡和谐的关系。


复杂的视觉系统完成天空中的拼图


       尽管植物没有眼睛,但视觉却比人类复杂得多。比如果树、柳树或者栗子树虽然会利用嗅觉信号让自己得到青睐,但其花色、花粉和花形等也在邀请蜜蜂上门来补充能量,顺便帮忙授粉。


       在一些特定树种中存在着一种非常有趣的自然现象。森林中的大树挨得太近,长在上面的树冠难免会遮挡住阳光,因此新长出来的树冠会自动跑到树冠之间的缝隙中去,这样即使空间非常拥挤,但相邻的最高层的树木树冠并不交叉重叠,而是各自占据一块空间,相互避开,彼此礼让着生长,形成了一条条弯弯曲曲的空隙带,从下方仰视,就像天空的拼图。这个现象被称为树冠羞避。


多种方式来对话


       科学研究发现,植物对声音敏感。植物的根部能够发出轻响,声音频率约220赫兹;给植物播放频率220赫兹的声响,幼苗的顶端就会往声音源的方向生长。难道植物真的可以通过声波来交换信息吗?来自英国的研究证实,植物细胞内纳米力学水平的声信号在发挥着作用,如气候干旱时松树和栎树会发出超声震动。


       除此之外,植物物种间的信息沟通研究现已延伸到了遗传分子水平。如菟丝子会把自己附着在寄主植物身上,并将长出的附属器官深插到寄主植物的维管系统中,和寄主使用messager RNA(mRNA)在细胞之间传递遗传信息。因此,这项研究可以说是隐藏着提高粮食生产效率的新思路。


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▲菟丝子


       植物其实并不是我们印象中一直静静地立在那里,它比我们想象的要活跃得多。就像人的表达能力各异一样,植物间也存在表达能力的差异,这也就解释了为什么有些害虫会专门找衰弱的植物个体。现如今,科学家正逐步参与到人类与植物的“对话”之中,从而实现人与植物的互相沟通,为建立充满和谐关系的地球生命共同体而努力。


本文来自:《知识就是力量》杂志社


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