各地科学家关于植物说话的研究成果

小勺子发表于2016年05月20日20:15:09 | 植物知识 | 标签(tags):植物 说话

没有植物就没有现在的我们。想想它们多棒:提供氧气,提供有机物,提供绿化,帮助维持生态平衡,而且还不会絮絮叨叨喋喋不休。慢着,植物真的不会说话吗?还是说只是以我们听不见的方式?如果让科学家们打个赌,他们很可能会认为植物有自己独特的“说话”方式。最近,来自比利时根特大学的玛雅·辛普雷加(Maja Simpraga)在《整合植物生物学期刊》(Journal of Integrative Plant Biology)发表了一篇小型综述,总结了各地研究者窥探“植物语言”的成果。

音节、词组和语句?植物也能有

可不要以为植物的语言就是风吹树叶的沙沙声或雨打芭蕉的滴答声。其实对植物来说,“说话”是通过释放化学物质来完成的。这种方式与人类发出声音的说话方式有本质的区别,更像是某种隐秘的“窃窃私语”。

它们说的话没有声音,却可能有气味——像我们平时熟悉的松香味、樟脑球味、柠檬的气味、黑胡椒的辛辣味等,其实都是植物释放出的化学物质,行话叫“生物合成的挥发性有机化合物”(BVOCs)。这些挥发性有机物既是植物的主要次生代谢产物,也是植物与植物、植物与其他有机体之间传递信号的媒介。

很多类型的BVOC物质是由萜类化合物形成的。含有5个C原子的异戊二烯单体(C5)是构成萜类化合物的基本单位,所以有科学家[2]将其比作植物“语言”中的一个个“音节”。这些单体按照不同顺序排列组合构成数量极其庞大的单萜(C10)和倍半萜烯(C15),就成了一个个“词组”。最终,多种不同萜类化合物混合而成的BVOC经由植物释放出来,就像它们“说出”的一个个语句,维系着植物的交流。

更神奇的是,植物甚至也有“方言”。不同物种的植物所释放的BVOC物质中,萜类化合物的数量和质量各不相同。同一物种的植物个体之间用自己的一套化学性质相同的BVOC交流起来更高效,并且遭遇的虫害更少。

防御暗号:小心,危险来了!

植物怎么“听”同伴的“话”呢?研究发现,植物可以通过气孔摄入气体化合物,比如CO2和BVOC,被摄入的BVOC可以进入植物的新陈代谢途径。除虫菊(Chrysanthemum cinerariaefolium)在受到伤害时释放出的BVOC可以诱导相邻植株合成除虫菊酯,而释放出的BVOC中,各化合物的比例和浓度对除虫菊酯的合成起决定性作用。对拟南芥的基因表达谱分析也证实,某一植株释放的BVOC可以启动相邻植株的防御基因。这些结果提示,在植物之间的交流过程中,特定组分的BVOC的释放为相邻植株提供了“危险即将到来”的重要信号。

一片除虫菊。当受到伤害时,它们可以通过交流守望相助。

一片除虫菊。当受到伤害时,它们可以通过交流守望相助。 图片来源:John Logan

的确,植物之间交流的一个重要作用就是主动防御可能出现的病虫害威胁。当一株植物遭遇病虫害时,它会释放BVOC通知身边的小伙伴们;同伴们接收到信号后,会启动自身抗病相关基因的表达,从而全副武装来对抗敌人的入侵。这让我想到植物大战僵尸里的画面,每株即将面临危险的植物都像豌豆射手它们那样准备好自己的杀手锏,准备英勇地赶走“阴魂不散”的入侵者们,决不坐以待毙。

“窃听”的吃客和“变味”的食物

反过来,植食性昆虫也会“偷听”植物说的话。所谓“萝卜白菜,各有所爱”,特定的植食性昆虫会喜欢吃特定的少数植物。而由于不同植物释放的BVOC中各化合物成分比例有较大差异,植食性昆虫得以通过感知这些BVOC而在万花丛中定位到自己的美食。虽然空气中到处都是不同植物释放的BVOC信号,但它们能根据特定化合物的比例,从一堆“噪音”中准确地分离出自己需要的信号,找到目标,妄图饱餐一顿。

面对如此“精准”的威胁,植物也建立了巧妙的防御途径:当遭受昆虫侵害时,立即改变自己释放的BVOC中各化合物成分的比例,昆虫感知到食物的“味道”一变,可能就不再对这个植物感兴趣了。研究者发现,当用欧洲白桦(Betula pendula)来喂养尺蠖蛾的幼虫时,在幼虫开始啃噬植株2—3分钟内,欧洲白桦的一些C6醛类化合物就被快速释放达到峰值。

与较为直接的抗虫途径相比,植物还有一种间接的防御手段。当植物的叶片受伤时,植物体会在很短时间内合成并释放另一种BVOC物质,并分泌一种特殊的花蜜来吸引正在侵害它的昆虫的天敌[3]。你吃我,我就把吃你的叫来,这样一来,那些植食性昆虫也就不敢得瑟了。聪明如植物,也懂得“以其人之道,还治其人之身”的道理。

你吃我,如果你吃到我,我就叫它来吃你

你吃我,如果你吃到我,我就叫它来吃你。 图片来源:Robert Krulwich/NPR

站太远听不见

在空气中,不同种类的BVOC有不同的“寿命”,这是因为它们可与臭氧(O3)、羟基(OH)、硝酸根基团(NO3)发生反应,且BVOC的双键数量影响反应活性。一般而言,植物之间的交流需要在不超过1米的较短距离内进行。受空气中氧化剂的影响,有效的信号交流距离可能更短,或需要更高的组分浓度。

这么比起来,植食性昆虫就比较厉害了:研究表明,在富含臭氧的空气中,BVOC浓度减少甚至完全消失并不会消除传递给昆虫的信号,说明原始的BVOC在空气中被氧化后的反应产物依然对昆虫有信号价值,不过这一点还需要更多的实验来验证。

尽管植物的“语言”并不能直接被人们听取,但这种交流对植物自身的生存有着至关重要的作用,破解它们也将帮助我们更好地理解自然。在花园或林荫小道中散步的时候,你或许能以更动态的视角去看待那些不跑不跳不出声的植物们——说不定它们正欢快地聊着天呢!

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