你知道嗎，植物王國并不沉默

煙草和番茄面對(duì)威脅會(huì)“尖叫”

自達(dá)爾文時(shí)代起，人們?cè)谥参飳?duì)外界感知應(yīng)變能力方面的研究可謂車載斗量，也認(rèn)識(shí)到植物雖不能移動(dòng)，但也絕不是呆頭呆腦。然而，此前的研究多停留在感知以及有機(jī)化合物、光電信號(hào)的傳遞上，對(duì)植物通過聲波傳遞信息的研究還罕有報(bào)道，人們普遍認(rèn)為植物王國幾乎是沉默的。

然而最近，以色列特拉維夫大學(xué)的艾·卡伊特和歐文·萊溫·愛潑斯坦等人所做的一項(xiàng)研究，首次證明了植物在壓力下會(huì)發(fā)出可遠(yuǎn)程檢測(cè)且信息量豐富的聲音，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒏淖內(nèi)藗儗?duì)“沉默”的植物王國的傳統(tǒng)認(rèn)知。

此前并未探測(cè)到植物發(fā)出聲波

聲音本質(zhì)上是一種波，通過空氣傳播，傳到人耳朵里引發(fā)鼓膜的振動(dòng)。聲音的大小，實(shí)際就是對(duì)這種振動(dòng)強(qiáng)度的反映。人類的耳朵可以聽到的最低頻率約20赫茲，最高頻率約2萬赫茲，這是常見的、較公認(rèn)的理論值，超過這個(gè)范圍，就只能借助一些工具了。而一些動(dòng)物，如狗和貓就能聽到人類聽不到的很細(xì)微的聲音。

此前大量研究表明，當(dāng)植物暴露在干旱或有害昆蟲、草食動(dòng)物威脅中時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出表型的改變，比如顏色、氣味和形狀的變化。它們所散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)也會(huì)影響鄰近的植物，導(dǎo)致這些植物抗性增強(qiáng)。總的來說，人們已證明植物能產(chǎn)生視覺、化學(xué)與觸覺信號(hào)，而其他植物和動(dòng)物有時(shí)也能對(duì)這些信號(hào)做出反應(yīng)。然而，植物在受到脅迫壓力下會(huì)發(fā)出聲音的情況還沒有得到充分研究。

面對(duì)不同壓力植物“叫聲”也不同

長(zhǎng)期從事植物科學(xué)和糧食安全研究的艾·卡伊特和歐文·萊溫·愛潑斯坦等人，把番茄和煙草兩種植物都安置在一個(gè)隔聲的消聲箱中，在離植物10厘米的地方放置了可接收20到100千赫范圍內(nèi)超聲波的特殊麥克風(fēng)，并錄制番茄和煙草在干旱、切葉、割莖以及灌溉等不同實(shí)驗(yàn)條件下的聲音。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，植物在干旱脅迫和被砍切、侵害的情況下發(fā)出的聲音，明顯多于正常對(duì)照組的植物。灌溉時(shí)植物發(fā)出的聲音很少，接下來的4至6天中，隨著干旱程度增加，每天的聲音數(shù)量增加，然后隨著植物萎凋、干枯而逐漸減少。

研究人員發(fā)現(xiàn)，面對(duì)不同的壓力源，這些植物會(huì)發(fā)出不同強(qiáng)度的聲音。

當(dāng)煙草植株被榨干水分時(shí)，發(fā)出的聲音比被切斷莖干時(shí)更大。另外，在沒有直接的環(huán)境威脅或損害的情況下，植株也會(huì)發(fā)出超聲波，但比較少。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，切斷植株的莖干時(shí)，番茄會(huì)在一小時(shí)內(nèi)發(fā)出25次超聲波“求救”聲響，煙草則會(huì)發(fā)出15次可能象征“痛苦”的聲響。而被榨干水分時(shí)，番茄發(fā)出的聲響次數(shù)更多，一小時(shí)達(dá)35次，而煙草會(huì)發(fā)出11次聲音。

研究項(xiàng)目還首次報(bào)告了在20至100千赫超聲波范圍內(nèi)的植物聲音，可被3至5米距離內(nèi)的老鼠、飛蛾等聽覺敏銳的動(dòng)物感受到。

一些生物可以聽到植物的聲音并做出反應(yīng)

這項(xiàng)研究目前發(fā)表在生物預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv上，雖然尚未發(fā)表于期刊并得到同行的審閱和認(rèn)證，不過研究者認(rèn)為，研究將促進(jìn)人類對(duì)全世界植物演化和生態(tài)學(xué)的科學(xué)理解。

在一項(xiàng)初步研究中，他們還成功地記錄了來自刺五加和鳳仙花等不同類群植物的聲音。因此他們預(yù)計(jì)許多植物都有發(fā)出聲音的能力，但這些聲音的確切特征以及群體之間的相似性尚待確定。未來的研究可探究不同狀態(tài)下植物發(fā)出的聲音，包括疾病、寒冷、食草動(dòng)物攻擊或極端紫外線輻射等其他脅迫，以及開花、結(jié)果等各個(gè)生命階段。一旦構(gòu)建了一個(gè)大型植物聲音庫，就可以通過現(xiàn)代工具對(duì)其進(jìn)行分析，以獲得更多的認(rèn)知。

艾·卡伊特等人還提示，植物聲音產(chǎn)生的機(jī)制可能是氣穴作用，即氣泡在木質(zhì)部形成和爆炸的過程。不管其產(chǎn)生機(jī)制如何，這些聲音都攜帶著信息，并且可以被其他生物體探測(cè)到。

“研究已經(jīng)證明了機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以有效地對(duì)植物聲音進(jìn)行分類。因此，其他有機(jī)體可能也進(jìn)化出了對(duì)這些聲音進(jìn)行分類并對(duì)其做出反應(yīng)的能力。”艾·卡伊特等人舉例說，西紅柿和煙草是飛蛾幼蟲的寄主，飛蛾能夠聽到實(shí)驗(yàn)記錄的頻率和強(qiáng)度的超聲波并做出反應(yīng)，這些蛾子會(huì)避免在發(fā)出壓力聲音的植物上產(chǎn)卵。

他們假設(shè)，另一些捕食者可能也會(huì)利用植物的狀態(tài)信息為自己謀利，例如，如果植物對(duì)毛蟲的攻擊發(fā)出聲音，蝙蝠等捕食者可以利用這些聲音來探測(cè)被攻擊的植物并捕食毛蟲，從而幫助植物;而附近的植物可能也會(huì)聽到其他植物受干旱脅迫或受傷的信息，并作出減少蒸發(fā)等相應(yīng)反應(yīng)。

或許，未來經(jīng)過深入研究，一種植物信號(hào)傳導(dǎo)的新途徑或?qū)⒋蟀子谔煜拢侥菚r(shí)，人與植物實(shí)現(xiàn)“對(duì)話”或?qū)⒉皇菈?mèng)。(記者 趙漢斌)