植物的自我保護策略

李忠東

消除壓力 依靠“健忘”

像我們大多數人希望能夠忘記生活中緊張有壓力和不愉快的時刻一樣，植物或許也已經進化到了這樣的程度，用忘記壓力的本領面對極其難以預測的環境。

之前的研究表明，植物能編譯“長期記憶”，用來存儲有關周邊環境的信息，并將其遺傳給后代。許多草類和野草使用一種被稱為表觀遺傳學的遺傳性記憶，將化學基團附加在DNA上，以便開關基因，幫助適應干旱等困境。燕麥草是歐洲常見的一種多年生植物，似乎能夠記住干旱。和此前未經歷過干旱的植物相比，它們能夠更好地抵抗陽光照射造成的傷害。這樣的經歷能幫助典型的植物產生必要的蛋白和化學物質，以防壓力環境重新出現。植物能夠在代際之間保存這種記憶，有時會通過逐漸出現的后生機制，從而影響這些基因是否表達。

但是新的發現表明，植物不但具有“記憶”能力，而且“忘掉”的本事也不差。澳大利亞國立大學的植物學家彼得·克里斯普博士和同事一起從事植物記憶的研究工作，他們在搜索對類似壓力事件的記憶案例之后注意到，植物的記憶通常是例外的，而且不是規則的。植物可能有幾個組織花費很大能量編譯在某些時候并不需要的基因，因此在權衡利弊時對此前的經歷產生記憶具有益處，但是同樣也有壞處。生長在干旱地區的植物如果傳遞適應干旱的記憶，生長就會受到阻礙。例如，在干旱環境中生長的辣蓼草在將其收到的環境壓力傳遞給種子后，會使它們的根部生長緩慢。即使種植在不干旱的環境中，幼苗也往往較小。

“壓力記憶可能會不利于適應環境，阻礙植物的恢復，影響它們的生長和潛在的產量。”克里斯普博士指出，“對于植物來說，在某些情況下學會忘記可能更為有利。因此，恢復處理過程需要在重新設置和記憶形成之間保持平衡。”

研究人員說，植物必須采取平衡措施，以確保生存下去。總體來說，植物似乎很“健忘”，有“忘記”記憶某些壓力事件的能力，即使在未來可能會阻礙它們的生長發育。克里斯普博士解釋道，植物是否會保留記憶，取決于經過環境壓力之后發生了什么。它們在此“恢復期”內要么鞏固壓力反應并在基因上有所表現，要么恢復到此前的狀態。如果要生成新的記憶，它們需要生成影響自己DNA的蛋白，從而決定其未來的表現。這種記憶形成需要滿足一種叫做RNA腐敗的過程。在細胞內，雙鏈DNA在被轉譯成蛋白之前，會被轉變為單鏈DNA。RNA腐敗能夠調節轉化成蛋白的RNA分子數量，并擾亂和壓力相關聯的RNA分子，從而阻止記憶形成。

“植物的‘健忘本領似乎比記憶本領更高，我非常贊同這種觀點。”德國波恩大學植物智慧與行為專家弗蘭蒂塞克·巴拉斯加表示，“但是植物也有‘短期記憶，這樣的記憶并不依賴于DNA和RNA。”

面對“攻擊” 釋放氣體

花瓶中的花香令人陶醉，剛剛割下的嫩草讓人神清氣爽。然而，科學家的研究發現，割草時聞到的香味是植物受到傷害時釋放出的化學物質，用以干預動物的攻擊并希望能保護自己。在知道了植物也可能會感覺到疼痛之后，我們的愉悅肯定會隨之大減。

德國波恩大學應用物理研究所的研究人員發現，植物在遭受“攻擊”時會釋放氣體，這其實是一種痛苦的“喊叫”。與此同時還會發射聲波，這不僅僅只存在于一種或是一類植物中，包括黃瓜與大量觀賞花卉在內的許多植物都能發射聲波。研究人員確定，雖然人耳無法聽見，但是這些聲波也是植物的一種求生本能。植物利用各種各樣的化學物質，釋放有毒化學攻擊，或是吸引益蟲，以達到保護自己的目的。這種反應在植物體內根深蒂固，其實也是它們之間的一種溝通方式。

波恩大學科學家弗蘭克·朱利曼博士在證實植物語言存在的基礎上，研制出了能夠探聽植物語言的激光驅動麥克風。首先將植物葉子或根莖切開，整個切面會釋放出乙烯氣體，接著用鐘形玻璃容器收集這種氣體。氣體分子開始轟擊標準激光束，然后產生振動，形成麥克風能夠探聽到的聲波。他用激光驅動麥克風獲取了來自健康植物“冒泡”的聲音，但在受到穿刺威脅時上升為尖叫聲，甚至被小蟲啃咬也會有所影響。

該項研究可以幫助科學家計算出哪些水果和蔬菜有可能會保鮮更長的時間，如開始變質的黃瓜會發出一種刺耳的聒噪聲，可以將其從更新鮮的黃瓜中挑出來。“植物實際上并不會痛苦地尖叫，但在氣體排放時能聽到不同的痛苦聲音信號。”朱利曼博士指出，“植物受到的壓力越大，麥克風收到的聲音信號就越強。”

美國紐約州立大學植物生理學家伊恩·鮑德溫的研究證實，當植物的葉子被昆蟲咀嚼時，身上所發生的反應與動物抑制疼痛和創傷的反應幾乎一樣。它們會釋放出一種激素，類似于動物受到傷害時釋放的內啡呔。有趣的是，在植物組織表面噴灑阿司匹林或布洛芬之后，會像在動物身上噴灑此類藥物一樣能消除傷痛反應。

發現敵情 堅決自衛

之前的研究表明，植物的生長受到聲音能量的影響，它們會對音樂、風和觸感等做出回應。密蘇里大學的最新報告指出，研究人員在對這種行為進行了聲音和化學分析之后，確定植物會對毛毛蟲咀嚼植物時發出的聲音發出自衛性反應。

這項研究由海蒂·阿佩爾教授和雷克斯·科克羅夫特教授合作進行，前者是密蘇里大學農業、食品和自然資源學院和邦德生命科學中心植物科學部門的高級研究科學家，后者在密蘇里大學生物科學部門工作。他們把毛毛蟲放在擬南芥上，這是一種與卷心菜和芥末相關的小型開花植物。

兩位科學家利用激光和位于植物葉子上的反光材料，測量出葉子針對毛毛蟲的咀嚼做出的運動。接著將毛毛蟲進食振動的錄音播放給第一組植物“聽”，而另一組植物則是靜音環境。隨后毛毛蟲以這兩組植物為食，研究人員發現之前“聽”到進食振動的第一組植物會產生更多芥末油，而對于很多毛毛蟲來說，芥末油是一種毫無吸引力的化學物質。

“我們從事的研究是第一個展示植物如何對生態相關的振動做出反應的例子，我們發現進食的振動暗示著植物細胞新陳代謝的變化，創造了更多自衛性化學物體以阻擋毛毛蟲的進攻。”阿佩爾教授指出，“不可思議的是植物常常暴露在不同的振動之下，包括微風或者不同的昆蟲聲音，這些聲音擁有某些與毛毛蟲進食振動相同的聲學特征，但它們卻不會導致植物產生自衛反應，增加化學防御。這暗示著植物能夠從周圍環境中其他的振動來源中，區分出進食振動的形式。”

在談到未來的計劃時，兩位科學家表示下一步研究重點包括如下三個方面：一，植物是如何感知振動的；二，這些復雜的振動信號里哪些特征是重要的；三，機械振動是如何與其他形式的植物信息相互作用以產生針對害蟲的自衛性反應的。

“植物檢測昆蟲進攻的方式有很多種，但是進食振動可能是植物遙遠部分感知攻擊并開始增加防御的最快方式。針對這種化學物質防御，毛毛蟲的反應是爬開，因此利用振動來提高植物的自衛可能對農業有所用處。”科克羅夫特教授強調，“這項研究也拓寬了研究植物行為的窗口，展示了植物針對外界影響擁有很多與動物一樣的反應，即使這些反應看起來有所不同。”

一些研究人員認為，植物之所以會對毛毛蟲咀嚼它們的聲音做出回應，在于可能聽到自己被“吃”掉的聲音，這些緊急信號的存在能證明植物也擁有痛覺。但另一些人卻懷疑，由于植物沒有大腦或是神經系統，因此不可能擁有痛覺。

還有的科學家認為，植物是通過一種能量進行相互交流的。這種能量是微弱的光，可以被測量出來。研究人員甚至設想，通過“剩余能量放大器”使這種光轉變成可以看得見的光。不管是通過高頻聲音還是通過光，隨著科學技術的不斷發展和科學研究的不斷深入，科學家們最終一定會破譯植物的語言之謎。