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    植物之间也经常唠嗑,不过很少聊家长里短

    图片:《植物男子阳台星人 2》

    植物之间是否可以进行交流?

    中国科普博览,我们科学家有话说

    ag88环亚备用网址 www.qhwanhong.cn 首先交流未必非靠说,只要能把“信”送到,怎么着都成。所以生物之间的交流可以靠声波、视觉图像还有信息素分子等等。

    • 植物是怎么保持通话的?

    对植物而言,铺设通讯系统,最好就近取材、就地取材。虽然植物没有神经元,但它们可以合成海量的、结构不同、活性不一的化学分子,后者即可以打造为信息的载体。一句话,植物间的交流,母语是“化学语言”,第二外语才是“声波语言”。

    先说母语。去植物细胞的膜上看看吧,那里遍布着可以结合化学分子的蛋白受体。它们就是一扇扇城门,化学信使取道于兹,一路或三百里加急、或六百里加急把消息传递到细胞核。当然,小分子化合物如

    、萜类 / 半萜类化合物也可以经由气孔,直接进入细胞内部[1]。紧接着,基因组将启动或关闭特定基因,然后将令一出,特定位置的特定细胞的特定代谢发生改变——这就叫“运筹帷幄之中,决胜千里之外”。

    典型的植物帝国通讯范例,是这样运作的(以玉米为例):

    两棵玉米做邻居,一个生长过盛,自家叶子挤到了另一棵玉米“身上”。这时,后者可把叶面上的机械刺激,转换为根上的化学语言,说给前者对根“听”,邻居玉米“愧而退”,转向别的地方开疆拓土。当把受过机械刺激的玉米液体培养基,再拿来培养另一棵玉米幼苗时,后者的根“迟疑不前”,好像知道此地已被同类扎根[2]。

    有的植物,它们的信使 RNA(对,就是以往被认为太脆弱、寿命短暂的 mRNA),甚至能直穿城门,俨然御史钦差,直接向目标基因组发号施令。这种情况多见于寄生植物和宿主植物之间,比如菟丝子、独脚金、肉蓰蓉和拟南芥、番茄[3]。当菟丝子遇到拟南芥时,会单刀直入,用附根刺入拟南芥体内,然后像科幻电影一样展开“深层对话”,“说服”靶细胞的基因主动配合,关闭免疫防御系统,放它们的母体进来。

    • 再说植物的第二外语

    跟人类一样,植物确实能听见声音:它们的细胞膜上有机械力受体蛋白,它们多且小,而且是多毛的结构,能感受细微的风吹草动[4]。

    比如,探测水源时,植物的根有两个办法:对渐近的水源就靠检测土壤湿度梯度变化;对较远处的水源就靠声波探测[5]。即使把两棵胡椒用塑料袋遮蔽起来,化学语言行不通之后,它们依然能靠微弱的声音进行交流[4]。当然,植物能听见声音最明显的例子,就是抖音上不禁吓的含羞草短视频,一声怪吼就吓得叶片闪电一般合闭!

    • 窃听一下,植物都在交流什么?

    首先,植物聊天的话题并不多,这是可以理解的。

    研究人类“心语”的科学家告诉我们,人类祖先一开始交流的东西同样不多,以至于最古老的词汇还不到 100 个[6]。长期进化以后,复杂社会和文化出现,它们“带来了”高级的词汇和语法。莎士比亚不出,英语不典雅。只不过,植物没有腿脚,也没有莎士比亚,所以“话风”简练而不花哨。值得一谈的主题,也就是防务了。

    所以,植物之间(plant to plant)的交流基本以“合作 - 御敌”为主,兼顾其他。

    这里,每一棵树都是一座烽火台,当遭遇虫害袭击时,狼烟四起,并向更远处依次传递。这种“化学狼烟”(挥发性有机物,BVOCs),可以是柳树叶片里合成的乙烯,后者经风媒传播,可让周围 70 米内的柳树收到预警[1],也可以是山艾合成的茉莉酮酸甲酯,后者也能经风传播,通知邻居山艾防御[4]。

    当非洲金合欢树被啃噬,它们叶片中单宁酸含量就会直线上升,周围 45 米范围内的金合欢树也能接到信号,并在 5-10 分钟内厉兵秣马,合成大量单宁酸以备敌[7]。不过,整体而言化学语言站远了就听不见(一般不超过 1m),因为 BVOCs 类物质会与空气中的臭氧、羟基、硝酸根基团发生反应而失效[1]。

    其次,不同种的植物亦可结盟,也就是柳树制造的“化学狼烟”,能跨物种“广而告之”,被杨树、糖枫接收到[7]。同理,利马豆遭昆虫袭击后,也能把危险信号传递出去,长在它周围的野生青豆和黄瓜,会生长得更快、防御力更强[8]。

    上文提及的山艾受伤后,也能告知周围的番茄和烟草,前者随后合成昆虫消化道酶抑制剂,后者则合成防御性多酚氧化酶。生长季过去,那些接到友军预警的植物受蚱蜢和地老虎的损害最少,这都拜“哨兵”山艾所赐[4]。

    值得一提的是,植物可以靠交流是辨别异己。

    凤仙花属植物可与同类友好地并存于“一盆之内”,但一旦发现对方是“陌生人”(根、叶探测器一接触即知),便会加速生长,根和茎的加速伸长,而叶片数量猛增[1]。

    最后,植物还有跨界交流的本领。

    只因为,植食性昆虫都不傻,它们能根据 BVOCs 的比例,破译植物的语言,并在万紫千红的“背景噪声”中定位到目标。

    为了应对,植物一方面启动免疫,改换 BVOCs 成分比例,比如欧洲白桦,当遭遇尺蠖蛾幼虫,它们能在 2-3 分钟迅速反应,大量合成释放醛类化合物“驱虫”[1];另一方面,一旦前招不奏效,将再次更换“电台频道”、请外援,比如玉米,当落败于甜菜黏虫时,它们可迅速合成并释放吸引寄生黄蜂的化学物质,让后者飞来在甜菜黏虫体内产卵,这就叫“借刀杀虫”。

    可惜的是,商业化种植的杂交玉米正在失去这一本领,一些品种已经无法用化学语言招引寄生黄蜂,来为它们杀死蔗螟蛾[4]。

    • 人类能从中学到什么?

    对植物间交流的研究,曾在上世纪 80 年代刚起步就进入了死胡同。1983 年,两篇论文告诉世人,植物可以互相交流的,柳树、杨树和糖枫可共享昆虫来犯的信息。当时科学家感兴趣的是,没有神经中枢的柳树和杨树,到底是如何传输、接收以及解码信号的,以及除了化学信号,它们还能交流什么等等[1]。

    但很快,这类研究被边缘化。一方面是因为媒体和记者在报道时,把植物拟人化,做的纪录片中,植物俨然是“能说会道的神奇小精灵”,这让一些科学家感到反感;另一方面,大部分科学家认为,植物没有神经元系统,它们的“社会性”并不突出[2];那些痴迷记录植物生物电信号,声称植物语言有的很冷峻,有的很幽默的人,实在是乱来。

    现在看,痴迷把植物拟人化不合适。但,全盘否定植物的“社会性”也是一种“人类中心主义”作祟。一方面,行为固然必须有生理基础,生物特征划定了文化的范围,所以“你不可能教会一条狗打扑克”[1],但另一方面,生物进化在同一需求面前有趋同性,所以西藏人和因纽特人虽然在进化上走了不同的道路,但最后都适应了高寒和少膳食纤维摄入的居住与饮食环境。

    其中,因纽特人长期使用高脂的海豹肉而不得动脉硬化,这是因为他们体内跟不饱和脂肪酸浓度有关的 FADSs 基因发生了变异[9,10]。最近,我国科学家发现哈萨克族人长期食用牛羊马驼和耗牛肉,心脑血管病风险反而比汉族人低,则是因为他们体内发生了一个跟胆固醇吸收相关的基因变异:脚手架蛋白 LIMIA1 突变后,吃下去的胆固醇都随粪便排出了体外[11]。

    瞧,一道难题,有多种解答方法。

    同理,植物与动物、人类一样,都有“合作求生”的需求,因此进化出两套迥然不同的通讯系统,一点也不奇怪。人类不能以没有神经元为理由,就否定植物智能和社会性的一面。不然,就等于从逻辑上否认了强人工智能的任何可能性,毕竟硅基的计算机也没有神经元。

    不妨尝试用植物的眼光重新打量世界吧!那样一来,你会看见或听见一个崭新的世界。

    写在最后:

    人类对世界的感知是建立在生理器官和物理规律上的,想象力能突破它们的限制。想想透过蜂鸟之眼看花的例子吧:跟人类不同,蜂鸟的眼睛能看见紫外光,所以能看见花瓣上,专为指引它们降落的紫外色素发出的光[11]。

    我曾为这种人眼看不见的现象写了一首小诗,可以用来做本文的结束:

    每一片花瓣都是一块机场

    幽幽点点放射紫外光

    以供蜂鸟自夜空稳稳垂降

    密集堆放的花蜜好似航空燃油

    补给蜂鸟下一次远飞的能量

    作为交换,蜂鸟航班把花粉带到他乡。

    参考文献:

    1. Maja Simpraga et al., Language of plants: Where is the word? Journal of Integrative Plant Biology, 2016;

    2. Ali Elhakeem et al., Aboverground mechanical stimuli affect belowground plant-plant communication, Plos

    One,2018;

    3. Monica Gagliano et al., Learning by association in Plants, Sci. Rep. 2016;

    4. Monica Gagliano et al., Love your neighbour: facilitation throught an alternative signalling modality in plants, BMC Ecology, 2013;

    5. Monica Gagliano et al., Tuned in: plant roots use sound to locate water, Oecologica, 2017;

    6. Binder JR. Toward a brain-based componential semantic representation, Cogn Neuropsychol.,2016;

    7. Martin Hell, Nightshade wound secretion: the world’s simplest extrafloral nectar? Trends in Plant Science, 2016;

    8. Cory.E.Jacob et al., Neighbour presence, not identity, influences root and shoot allocation in pea, Plos One,2017;

    9. Tada et al., A de novo mutation of the LDL receptor gene as the cause of familial hypercholesterolemiaidentified using whole exome sequencing, Clin Chim Acta.,2016;

    10. How the Inuit adapted to Ice Age living and a high-fat diet,2015;

    11. Ying-Yu Zhang et al., A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorbtion, Science,2018;

    12. 迈克尔·托马塞洛,《人类沟通的起源》,2009;

    作者:分子植物科学卓越创新中心 / 植物生理生态研究所 韩飞

    出品:科学大院

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