植物也会“喊救命”
时间：2020-03-28 05:21:25 来源：千叶帆 本文已影响人
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植物保护自己的武器不仅仅是荆棘和刺蓟，植物甚至还会向它们的动物盟友“求救”……
伊恩·鲍德温将他的实验室搬到了美国犹他州西南部大盆地沙漠的野外现场，那是位于一个陡峭斜坡上的一块被烧成焦黑的土地。鲍德温是一位生物学家，同时也是德国马克斯 -普朗克化学生态学研究所分子生态学部门的负责人。他带着一批设备来到这荒野之中，目的是进行一项新的研究：植物如何保护自己。关于这个问题，他已经探究了20年。
不同寻常的实验
犹他州沙漠荒野中的这片焦黑土地，是在一年前遭雷击后变成现在这个样子的。山坡上的刺柏属丛木和山艾树都在雷火中被焚毁，但大火引起的烟雾却唤醒了蛰伏在土壤中的野生烟草种子，它们开始发芽生长，并最终占领了这片荒野之地。在鲍德温眼中，它们正是他研究植物自卫能力的理想实验对象，因为在烧焦的土地上，除非拥有强悍而灵活的防御手段，植物是不可能生存下来的。于是，这片野生烟草被鲍德温选定为实验对象，他和他的研究团队用红色尼龙布制作小旗帜，在烟草植株上做标记，开始了他们不同寻常的研究。
为了监测野生烟草如何以化学防御手段对付像毛虫这样的敌人，鲍德温等人在实验地里架起了监控设备，他们使用化学传感器监测植物之间的“通信信息”，包括“呼救”、“邀请”、“警告”等，而所有这类信息都是以人类鼻子无法感知到的气味分子形式飘浮在空气中的。
监测结果给鲍德温以极大的惊喜：野生烟草不仅拥有一定的自保能力，而且还能向它们的“动物盟友呼救”。事实上，科学家已经知道，植物不仅能发送化学信号来抵御它们的昆虫敌人，而且还能发出信号吸引来它们的“盟友”——植物的敌人的敌人。植物的自卫手段还不限于此，科学家还发现了更令他们惊讶的事实：植物甚至还可以“听”到附近的其他植物之间的“谈话”，从而加强自身戒备，防御敌人来犯。鲍德温认为，根据这一发现，科学家最终将培育出能够更“大声”并持续“召唤”其“盟友”来对付农业害虫的庄稼品种。
烟草植物的“化学武器库”
火灾之后幸存下来的烟草种子或许已经蛰伏了一个多世纪，可当它们重见天日，开始日渐生长起来时，却又必须面对新的问题：种子发芽生长开花繁殖的机会只有一次，那它们如何才能避免昆虫或草食动物的危害？鲍德温说，啃食烟草植物的昆虫有许多种，而且每年这些昆虫的种类和构成都不相同，但烟草植物拥有惊人的可塑性，它们总是在适应着不断变化的环境。
烟草秧苗想要成功地活下来，就必须设法躲避开某些天蛾的毛虫，而竹节虫、跳甲和盲蝽象更是烟草植物避之不及的敌人。鲍德温将在实验室里培育的一只饥饿的毛虫带到烟草地里，放在烟草植株上，然后进行观察。在接下来的几天里，他用气相色谱仪监测被毛虫侵犯的烟草叶子发出的分子信号，同时检测附近未受到毛虫侵害的烟草植株的反应，以了解它们究竟会做些什么。
科学家早已知道，在遭到外敌入侵时，植物能够激活自身强大的防御系统，就像人类产生抗体来抵御病原体一样。例如，当毛虫啃食一片树叶时，植物会识别出毛虫唾液中所含的化合物，然后启动自身相应的化学防御机制。许多植物都能产生毒素（如无色有毒的生物碱）来杀死昆虫，或产生某种化合物以减缓和阻止入侵者消化植物。
如果这一招失败了，植物还有第二道防线——受到攻击的植物会向空气中释放它们的“化学驱虫剂”。鲍德温的研究证实，在危险时刻，烟草植物会“召唤”它的“盟友”前来救助。他设计了这样一个实验：先将组成“化学驱虫剂”的化学物质涂抹在烟草植株上，其中或者只包含一种他们已确定的挥发性化合物，或者混合有多种化合物。之后，将天蛾毛虫的卵粘到经过处理的烟草叶子的底面，并进行观察。不出他所料，涂抹在烟草植物上的化合物散发的气味很快就引来了一种喜欢吃天蛾毛虫虫卵的小型食肉动物。
鲍德温对烟草植物发信号的过程进行了解释：植物感觉受到了伤害，于是以某种方式发出信号，某种昆虫立即作出回应，应邀而至，于是植物与动物之间的某种互利共生过程就这样开始了。
科学家对植物强大的自卫能力深信不疑，认为植物通过释放某些挥发性物质，可以减少高达90%的草食动物的攻击，多数植物都能发出这种化学信号，而且这也是它们普遍使用的沟通方式。植物一直都在进行着这样的沟通。
植物向动物“盟友”求救
荷兰科学家马塞尔·迪克也是最早对野生植物的化学信号反应进行研究的科学家之一，他的研究也表明，受到虫害侵犯的植物会争取它们的“盟友”——敌人的敌人的帮助。
迪克发现，当利马豆遭到叶螨攻击时，只要叶螨的唾液一接触到利马豆，后者就会产生并向空气中散发化学求救信号，吸引另一种虫螨前来捕食利马豆的叶螨敌人。迪克说，“科学界现在已一致认同，即使不是所有的植物物种，至少大部分植物物种都拥有向植物‘保镖’发出求救信号的特性，即使是像银杏这种已经在地球上生存了1.5亿年的古老植物，也能发出化学信号与昆虫沟通。”
美国昆虫学家孔苏洛·德莫拉斯也致力于这方面的研究。她的研究表明，当毛虫啃食玉米、烟草、棉花等植物时，受到攻击的植物会产生吸引寄生蜂的化学物质，并在空气中四散开来。这种化学信号有着非常明确的针对性，只吸引把卵产在危害植物的毛虫体内的寄生蜂。德莫拉斯说：“植物不只是说‘我受到伤害了’，它们还会具体指明是谁在伤害它们。植物的这种自我保护机制复杂而令人难以置信。”
德拉莫斯和她的同事还发现，植物还能定时释放具有不同效果的信息。例如，寄生蜂在白天活动，所以白天是植物释放SOS求救信号的时候。而在晚上，易受毛虫侵害的植物释放的是另一种可以阻止夜间飞蛾产卵的化学物质。
植物之间的“通信”
虽然科学家早已知道植物拥有向昆虫“盟友”发出求救信号的能力，但“植物之间也在进行交流”的秘密直到20世纪80年代初才被鲍德温首次发现，当时他是美国达特茅斯学院的一名大学生，正跟随生物学家杰克·舒尔茨一起研究树木。
1983年，鲍德温和舒尔茨公布了一个颇有争议的假设：受到伤害的枫树发出的在空气中传播的化学信号，可增强附近未受伤害的枫树和杨树的防御力量。他们说，植物本身也会进行无声的“交谈”，树与树之间也在沟通，枫树与其他的枫树也在“窃窃私语”。
当鲍德温和舒尔茨的观点首次在《纽约时报》等报刊上发表时，一些科学家很不以为然，反对之声甚至让两人难以得到进一步的研究资助。后来，迪克等人发表了一系列关于植物之间沟通交流的论文。越来越多的科学证据最终改变了人们的看法。
在过去十多年里，科学家们进行的各种实验揭示了植物之间沟通交流的很多秘密。比如，遭到螨虫侵害的棉株和利马豆释放在空气中的求救信号，能提醒尚未受到侵害的植物也同时释放召唤螨虫的敌人的信号；柳树、杨树、桤木和白桦树都在“倾听”自己同伴发出的信号，连大麦幼苗也会“倾听”其他麦苗发出的信号；受到伤害（无论是被毛虫啃吃，被真菌感染，被叶螨滋扰，甚至是受到机械力的折损）的植物发出的化学信号，会立即启动附近未遭伤害植物的防御机制；即使是不同物种的植物也可以接收到这种化学报警信号。现在，还有研究人员正对土壤进行测试，以了解植物是否也从它们的根部系统释放这种化学报警信号。
科学家指出，我们正逐步认识了解到，植物受到害虫侵犯做出的反应，与动物机体对于病原体感染做出的反应相似，甚至完全相同。
对农业生产的启示
研究发现，植物面对虫害的反应不尽相同，植物究竟会采取怎样的应对措施，取决于它们的生长期、营养状况，以及它们的“意愿”——是生长还是防御，是继续生长还是繁殖后代。科学家指出，从野生植物中获取的这些信息，将有可能导致农业生产的真正的革命性变化。
在今天，农民为了土地高产，对驯养植物大量使用农药，却往往因此令植物失去了天生的化学防御机制，在遇到虫害或其他危害时，它们几乎丧失了发出化学求救信号的本能。研究发现，野生棉株在遭到危害它们的毛虫侵犯时，发出召唤“盟友”寄生蜂前来解救的信号强度是人工杂交植株的10倍以上。
迪克指出，人类在选择人工栽培的作物品种时，主要考虑的是产量和抗病虫害等特性，但很少考虑植物的生物控制特性，而后者对于无害于环境的病虫害防治来说却是至关重要的。在植物的自然生存环境中，不仅有昆虫和草食动物，也有众多的昆虫和草食动物的天敌。人类在农业耕种中所采取的简单处理方式，导致害虫天敌的数量日益减少。因此，我们如果要想充分利用植物的生物控制特性，就应该为植物创造良好的“劳动”条件。
现在，一些研究人员已经开始利用植物的沟通交流特性，通过巧妙的安排，让害虫远离农作物。例如，东非一种螟虫的毛虫大肆啃噬玉米和高粱，于是人们在玉米和高粱地里种上糖蜜草，糖蜜草发出的在空气中传播的化学物质能够起到驱赶螟虫的效果，同时还能吸引来毛虫的天敌寄生蜂。与此同时，人们还在玉米和高粱地附近种植螟虫喜欢吃的植物，以将害虫吸引过去，让它们远离农作物大田。这种做法在一定程度上仿效了园丁的做法——有经验的园丁知道，将某些植物搭配种在一起，对于植物生长会起到很好的效果。
鲍德温发现，野生烟草植物可发出许多不同的化学物质来吸引那些“口味”多样的昆虫——毛虫卵、叶螨和盲蝽象等，都是它们喜爱的食物。重现大自然的生态系统可能并不那么容易，但科学家希望他们的研究可以将以自然为本的病虫害防治方法方便地应用到许多植物品种上。
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