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植物能听见自己正被吃掉的声音

2018年08月03日作者:陈能场来源:中国环境报

  长期以来,植物一直被认为能感知声音,但植物为何有这样的能力却仍然是一个谜。2014年,美国密苏里大学的一项研究或许能解开这个谜团。

  这项研究基于一项实验,研究表明,昆虫咀嚼叶片产生的振动,会引起植物的反应并产生化学防御机制。通俗地说,植物可以听见自己正在被吃掉的声音,并作出防御机制,以驱使昆虫离开。听起来很神奇,但事实如此。这是科学界第一次发现植物在环境中响应生态的声音。

  密苏里大学邦德生命科学中心研究员、植物科学系高级研究科学家海迪·阿佩尔(Heidi Appel)和密苏里大学文理学院生物科学教授、动物通讯专家Rex Cocroft共同发现了这一有趣的现象。

  海迪·阿佩尔(Heidi Appel)说:“令人吃惊的是,能够让植物产生化学防御反应的只有昆虫咀嚼产生的振动,而与咀嚼振动频率相同的风动或其他振动则不会让植物产生防御。”

  阿佩尔专注于量化“植物如何保护自己和以何种方式保护”,而Cocroft的工作是捕捉听不到的昆虫咀嚼振动声。记录并分析这些振动,模拟昆虫咀嚼叶片的声学特征,将其播放给植物听。这一过程中,Cocroft会使用专门的激光仪器来聆听和记录植物听到的声音。

  Cocroft认为,大多数检测振动的方法使用的都是接触式麦克风,但对于微小的叶片来说则行不通,因为传感器的重量会完全改变声音的信号。

  现在,让我们来看这场实验是如何进行的。把一只卷心菜毛虫放在一株拟南芥的叶片上。激光仪器发出激光束,用来检测咀嚼所产生的振动。

  激光束从叶片表面的一小块反光带反射,以测量其偏转,从而最大限度地减少与植物的接触。激光的输出也可以通过音频扬声器播放,让人的耳朵听到毛虫咀嚼产生的振动。

  录制声音只是一个开始。

  你不能把耳机放在叶子上,所以需要微小的压电致动器(本质上是一个可以播放震动而不是空中声音的微型扬声器)。

  “这是一个微妙的过程,因为叶子的表面只能产生上下1 / 10,000英寸左右地振动,所以我们用蜡将致动器连接到叶片上,方便更好地捕捉那些微妙地变化。”Cocroft解释说。

  科研人员将昆虫的咀嚼声音采集成功后,分别把这种声音和普通的环境音播放给并没有受到昆虫攻击的不同植物。他们发现,尽管没有遭遇攻击,但咀嚼声音却给这些植物造成不同的影响。比如有的植物分泌出更多的葡糖异硫氰酸盐与花色醣苔等物质。这些化学物质通常存在于芥末油中,能让昆虫大倒胃口。实验发现,卷心菜毛虫更乐意啃食那些没有听过咀嚼声音的植物。

  阿佩尔和Cocroft将他们的工作重点放在植物声学上,以便更好地理解植物为什么能够检测和响应振动。“以往,人们认为播放音乐给植物听能起到作用,但这种刺激与植物的自然生态脱节,所以很难解释植物能有什么反应。”Cocroft说,“我们试图考虑植物的声学环境和它可能正在听到的声音,然后用这些振动的声音来找出产生差别的因素。”

  美国国家科学基金会认同两位科学家的努力,已经对这个项目实施了资助。下一步的研究范围将进一步扩大,包括其他多种类型的植物如何对昆虫的攻击做出反应,将触发怎样的应对防御变化等。

  阿佩尔认为,一旦理解了植物的防御机制,就可以通过生物技术方法,帮助植物更好地响应外来“侵犯”,从而抵抗害虫。“也许有一天,这项研究结果能应用于实践。”阿佩尔说。同时,这个实验结果可以成为蔬果保鲜技术的重要参考。


编辑:李莹