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学会说灌木

利用分子密码,植物发出求救信号,抵御虫子,互相拯救。

昆虫学家理查德·卡班知道如何让山艾树开口说话。为了开始对话,他摆出了蚱蜢或咀嚼物的姿势

Entomogratigoricalicharticard Karban知道如何获得SageBrush谈话。为了开始谈话,他作为蚱蜢或咀嚼甲虫 - 他使用剪刀在其中一个灌木丛中切割叶子。完全砍掉叶子不会欺骗植物。所以他在树叶的边缘和尖端周围越来越多的剪辑 - “很多小叮咬”。

几个月后,加州大学教授Karban戴维斯研究了植物防御通信,返回Sagebrush并检查其叶子,其中许多人现在有真正的蚱蜢或甲虫的损坏。然而,在他剪裁的枝条大约两英尺之内,叶子已经避免了饥饿昆虫的最严重的蹂躏。那是因为Karban的切割让那些受损的叶子相信,他们受到昆虫袭击的损坏,因此他们将化学报警送入空中。邻近的叶子截获并解密了代码消息,并开始对错误的原因准备。

如果植物在我们看来是沉默的,那只是因为我们没有注意到它们的喋喋不休——我们才刚刚开始使用它们的密码。植物一直在向空气中释放密码,帮助它们抵御昆虫和其他威胁,在某些情况下还可以作为对邻居的警告。此外,植物还可以发出“SOS”信号来执行救援任务,并召唤捕食者以昆虫入侵者为食。

植物用化学编码说话——含碳分子被称为挥发性有机化合物(VOCs)。VOCs的特点是容易进入空气,是一个多样化的群体:仅植物就有3万种以上的品种。有些挥发性有机化合物会产生我们熟悉的草药或花卉气味。其他的只在特定的提示下释放。在被破坏的几秒钟内,植物会散发出绿叶挥发物(GLVs),我们也能察觉到——比如,新修剪的草坪的气味。

植物可以发出“SOS”信号来执行救援任务,并召唤捕食者以昆虫入侵者为食。

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人类从VOCS没有更多信息。但是由植物携带隐秘信息包的分子的波浪。并且就像任何传输的信号一样,可以接收,解码,窃听植物O-r克,甚至扰乱。

植物会释放挥发性有机化合物来应对物理损伤或昆虫唾液、呕吐物或产卵液中的化学物质。昆虫叮咬会激活植物体内的激素,比如茉莉酸、乙烯或水杨酸,这些都会增加植物防御基因的活性。这些激素也可以以VOCs的形式释放出来,提醒植物的其他叶子和树枝以及邻近的植物群落。特别是茉莉酸甲酯——茉莉酸的一种挥发形式——似乎“非常有效”。他还发现,这种交流在基因相同的植物之间更有效,这些植物来自于相同的亲本灌木或灌木。当卡尔班把塑料袋放在剪下来的山艾树叶子上,并把它们绑起来,以防止挥发性有机化合物逃逸时,无论是山艾树的其他叶子还是它的邻居都无法提高它们的抵抗力。

VOC消息可能是为自我或家族的意思,但其他物种的植物有时可能拦截它们。Sagebrush的警报可以触发番茄和烟草灌木丛中的防御响应,尽管目前尚不清楚有多少种植物可以破解其他物种的信号。

此外,科学家说,植物可能并不总是希望它们的叫声被听到。印第安纳大学布卢明顿分校(Indiana University, Bloomington)的博士后研究员艾米·特罗布里奇(Amy Trowbridge)说:“对植物来说,告诉它的邻居自己受到了攻击,真的不符合它们的最大利益。”邻近的植物是竞争对手,警告邻居有助于植物生存,而好心的撒玛利亚人可能会屈服于昆虫的入侵。那么,植物为什么要大叫呢?部分原因可能是不可避免的:植物用来抵御虫子的“化学武器”可能不可避免地泄露到空气中,因为它们是挥发性的,所以其他植物进化成窃听。一些掠食性昆虫也是如此——它们基本上是在召唤晚餐。被蜘蛛咬过的苹果树会发出一个信息,吸引其他的螨虫来吃掉攻击的蜘蛛。当雌锯蝇在一棵苏格兰松树的针叶里产卵时,树上的VOCs会召唤寄生的eulophid黄蜂来杀死卵。类似地,烟草植物在被芽虫咬伤时,会召唤红尾寄生蜂,这些寄生蜂将卵产在幼虫的体内,然后由内而外被幼虫吃掉。

VOC消息可能是为自我或家族的意思,但其他物种的植物有时可能拦截它们。Sagebrush的警报可以触发番茄和烟草灌木丛中的防御反应。

当植物和昆虫进化来交换这些化学信息时,人类才刚刚开始破译密码。“我们真的不知道这些化合物是如何被感知的,”特罗布里奇说。研究人员还不清楚植物是如何从空气中收集VOCs的,以及可检测到的浓度是多少。他们也不知道这些分子是直接通过叶子的表面被吸收的,还是通过被称为气孔的气孔进入的。但他们知道,“倾听”的植物不仅要接收信息,还要解码信息,以触发化学防御反应。特罗布里奇说:“仅仅因为一种植物可能会吸收一种化合物,实际上并不意味着什么。”如果被截获的信号不能被解码,那就没用了。

此外,信息可以被编码成分子的组合。“修剪山艾树时释放的花束实际上含有数百种可以测量的化学物质,”卡班说。他把挥发性有机化合物收集在塑料袋里,袋子里装满了特殊的纤维,这些纤维收集化合物,并用气相色谱仪对它们进行分析。但是,他说,“识别活性成分真的很困难。”内华达大学里诺分校(University of Nevada, Reno)的有机化学家和化学生态学家克里斯·杰弗里(Chris Jeffrey)认为,要真正破解植物的密码,科学家需要一次破译整个生态系统的化学成分。“你正在探测一种非常复杂的分子混合物,”他说,并将这种现象比作我们自己的嗅觉。“并不是一个单一的分子会导致单一的反应。”

要真正破解植物的密码,科学家需要一次破译整个生态系统的化学成分。

我们为什么要打扰植物代码?一方面,他们帮助我们了解植物如何对环境变化的反应,如期望气候变化。科学家警告,气候变化可以争抢通信,并稳定生态系统。可以放大一些信号,而其他信号被抑制或从未检测到。

“大量波动性依赖于温度,”德布里奇说,温暖的星球可能让VOC更容易进入空气。较高的温度还可以增加制造VOC的酶活性。另一方面,试图生存干旱的植物将挤压他们的气孔,以防止水损失。封闭口气的叶子在较少的二氧化碳中采取,它们需要制造VOC。TrowBridge推测,植物可能无法检测到较少的VOC通信,植物可能无法检测到警报信号,或者变得更容易受到昆虫的影响,或者完全屈服于它们。但凭借太多的VOC排放,植物种群可能会捍卫自己太好,因此昆虫可能会寻求新的食物来源,摧毁其他植物种类和改变生态系统。

所以下次你在花园里享受沉默,请记住沉默是一种幻觉。如果只有你能听到它,就会发生骚乱。


伊丽莎白·普雷斯顿是沉思这是一本面向儿童的科学和思想杂志,也是Inkfish的作者,Inkfish是一个面向所有人的关于科学和头足类的博客。她还为Slate和国家地理


本文最初发表于2013年10月的《秘密密码》(Secret Codes)杂志。

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