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TUhjnbcbe - 2023/3/17 20:58:00

一片叶子怎么知道被食用了,如何告诉植物的其他部分开始生产防御性化学物质?植物交流的证据只有几十年了,但是在很短的时间内,它已经从令人兴奋的发现跃跃欲试,到决定性的揭穿再到复活。年发表的两项研究表明,柳树,杨树和糖枫可以互相警告有关昆虫的袭击:饱受饥饿的昆虫侵扰的附近完整无损的树木开始抽出排斥昆虫的化学物质来抵御攻击。他们以某种方式知道邻居的遭遇,并对此做出反应。令人难以置信的含义是,无脑的树可以发送,接收和解释消息。

前几篇“会说话的树”论文很快被击落,原因是统计上有缺陷或过于人为,与植物和虫子之间的真实世界战争无关。研究停止了。但是,植物交流的科学正在卷土重来。严格,精心控制的实验通过在实验室,森林和田野中进行反复测试,克服了早期的批评。现已确定,当虫子咀嚼叶子时,植物会通过向空气中释放挥发性有机化合物来做出反应。卡尔班的最新记录,在48项植物交流研究中,有40项证实其他植物能够检测到这些空气传播信号,并相应地增加其化学武器或其他防御机制的生产。墨西哥研究机构CinvestavIrapuato的生态学家马丁·海尔(MartinHeil)表示:“有证据表明,当植物被食草动物破坏时,植物会释放出挥发性物质。”“植物能够以某种方式感知到这些挥发物并以防御反应做出反应的证据也非常好。”

植物交流可能仍然是一个很小的领域,但是研究植物交流的人们不再被视为一个疯子。卡尔班说:“过去人们甚至都不会和你说话:你为什么要浪费我们已经被揭穿的东西?”“现在肯定会更好。”争论不再是植物是否可以感知彼此的生化信息,而是它们为什么以及如何做到这一点。大多数研究都是在受控实验室条件下进行的,因此主要的开放性问题之一是植物在野外使用这些信号的程度。答案可能会产生重大影响:农民也许能够适应这种说法,调整食用植物或农业实践,从而使农作物更好地防御食草动物。更广泛地,

科学家们还在探索这些信号中的信息可能如何传播。就在几个月前,洛桑大学的植物信号传导先驱泰德·法默(TedFarmer)发现了一种几乎完全不为人所知的植物传递信息的方式,其中包括电脉冲和基于电压的信号系统,令人回想起动物神经系统。“植物的作用非常壮观,”法默说。“我对它们的投入越多,我就越惊讶。”

秘密生活Farmer的研究并不意味着植物具有神经元,大脑或动物用来交流的系统之类的东西。他说,当我们试图将他们引人入胜的外星生物学纳入人类术语时,我们不会为他们伸张正义。但是我们可能大大低估了他们的能力。随着研究人员开始学习植物的语言,他们开始对我们所生活的绿色植物世界有了全新的认识。

Karban最初是蝉研究人员,研究树木如何应对每隔17年出现的树液吸虫的灾难。当时的假设是,植物能够通过保持坚韧,适应其生理状况而幸存下来,并经受干旱,侵扰和其他侵害而生存下来。但是在年代初期,华盛顿大学的动物学家大卫·罗德斯(DavidRhoades)发现了证据,证明植物可以积极地防御昆虫。他们是合成生物化学的大师,制造和部署化学武器及其他武器,可使它们的叶子变得不那么美味或营养不足,从而使饥饿的虫子散布到其他地方。对于Karban来说,这个想法令人惊讶,这是一个线索,表明植物具有的能力远胜于耐力。

那次接待使许多科学家感到紧张。年的电影“植物的秘密生活”(根据年的同名书)用延时摄影吸引了观众,这使植物在张开叶子和扎根时显得充满活力。这部电影声称科学已经证明植物具有意识并且可以感知人类的情感。

然后,在年,著名的生态学家约翰·劳顿(后来被封为爵士)将两张会说话的树叶分开。劳顿说,鲍德温的研究设计不当,罗德斯一定是偶然传播了一种昆虫病,从而减慢了虫子的生长。他的批评几乎使研究陷入僵局。罗班斯(Karban)称罗德(Rhoades)为“该领域的先驱”。

并非所有人都对劳顿的批评感到震惊。泰德·法默(TedFarmer)是其中的一种,当时是华盛顿州立大学实验室的著名植物激素专家克拉伦斯·瑞安(ClarenceRyan)的博士后。农夫和瑞安(Ryan)与当地的鼠尾草一起工作,后者生产大量茉莉酸甲酯,茉莉酸甲酯是一种空气传播的有机化学物质,瑞安认为植物可用来抵御昆虫食草动物。在他们的实验中,将受损的鼠尾草叶子放入装有盆栽番茄植物的密封罐中后,番茄开始产生蛋白酶抑制剂-这种化合物会破坏昆虫的消化,从而危害昆虫。他们在年的一篇论文中说,种间交流是真实的:“如果这种信号在自然界中广泛传播,则可能具有深远的生态意义。”

在接下来的十年中,证据不断增加。事实证明,几乎所有被研究的绿色植物都会释放出自己的挥发性化学物质混合物,许多物种都对这些羽流进行了记录并做出反应。例如,割草的气味-酒精,醛,酮和酯的混合物-对我们来说可能是令人愉快的,但对植物来说却预示着危险。Heil发现,当野生利马豆暴露于甲虫吃掉的其他利马豆植物的挥发物时,它们生长得更快并且可以抵抗攻击。从受损植物中释放出来的化合物是玉米幼苗的防御力,以便以后对甜菜夜蛾进行更有效的反击。这些信号似乎是一种通用语言:鼠尾草会在烟草中引起反应;辣椒和利马豆对*瓜的排放也有反应。

植物也可以与昆虫交流,将空中信息作为遇险信号发送给杀死食草动物的掠食性昆虫。受甜菜夜蛾攻击的玉米释放出挥发性化学物质云,吸引了*蜂在毛虫的体内产卵。新兴的图景是,食草的虫子以及以虫子为食的昆虫生活在一个我们几乎无法想象的世界中,它充满了信息丰富的化学物质云。蚂蚁,微生物,飞蛾,甚至是蜂鸟和乌龟(Farmer检查)都可以检测到这些爆炸并对其做出反应。

植物交流尽管越来越多的证据表明植物具有交流能力,但许多植物科学家仍然质疑这种说法是否具有生物学意义。“通过挥发物进行厂内通讯在实验室中效果很好,但没有人有说服力地证明它在现场有效,”法默说。尽管他是最早发表证明植物能够交换信息的证据之一,但他仍称自己为“怀疑论者”,他认为尚无足够证据证明这实际上在植物生命中起着重要作用。他补充说:“但我不想阻止人们对此进行研究。”“我认为这是充满希望和令人兴奋的。”

对于Karban和Heil而言,悬而未决的问题是不断演变的:为什么一棵植物要浪费其竞争对手的危险线索?他们认为植物交流是一个错误的称呼。真的可能是植物在窃听。也许植物不是使用血管系统在几米远的距离上发送消息,而是释放挥发性化学物质,这是一种更快,更智能的与自己进行通信的方式-Heil称之为“自言自语”。然后其他工厂可以监视这些空降数据。根据这种理论,大多数化学信号似乎传播的距离不超过50到厘米,在该范围内,植物通常会发出信号。

植物例行共享信息的可能性不仅使植物学着迷。它可以被用来提高农作物对害虫的抵抗力。年的一份报告发现,商业玉米杂交种似乎已经丧失了野生玉米植物释放化学物质的能力,这些化学物质会吸引寄生*蜂,从而杀死was虫。如果可以将这些防御性状重新带回作物,它们可以减少对农药的需求。另一种可能是与田间作物一起种植对植物具有特别敏感或有效防御反应的植物。就像煤矿中的金丝雀一样,这些哨兵将是第一个发现危险并对危险做出反应的人,以警告附近的农作物。

不管这种实际应用是否成功,植物谈话的科学一直在挑战长期以来对交流和行为的定义。每个发现都会侵蚀我们认为我们对植物的作用及其能做的了解。鲍德温说,要了解它们还有什么功能,我们必须停止对植物进行拟人化,而现在,他正在德国马克斯·普朗克研究所工作,而是尝试像他们一样思考,对我们进行植物化。他说,想象一下成为一种植物的感觉,将是了解他们如何以及为什么进行交流的方式,并使他们的秘密生活不再是一个谜

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