壓力大，植物也會“大喊大叫”

馮維維

人在壓力大時會沉默，有時也會爆發(fā)。那么植物面對壓力時會怎樣？

以色列研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)番茄和煙草感到壓力時——脫水或莖被切斷，它們發(fā)出的聲音與人類正常談話的音量相當(dāng)。然而由于這些聲音的頻率太高，人耳無法察覺，但一些動植物可能聽得到。

“即使很安靜，也有人們聽不到的聲音，而這些聲音攜帶著信息?！碧乩S夫大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Lilach Hadany說，“但有些動物能聽到這些聲音，所以自然界可能發(fā)生了很多聲學(xué)相互作用。”

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了植物超聲波振動，新研究則得到了它們通過空氣傳播的第一個證據(jù)。

Hadany說：“植物一直在與昆蟲等動物互動，其中許多都使用聲音進(jìn)行交流，所以對植物來說，完全不使用聲音是不可能的?！?/p>

研究人員用麥克風(fēng)記錄了健康和受到壓力的番茄與煙草植物的聲音，并在隔音室和嘈雜的溫室環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。研究人員通過兩種方法給植物施加壓力：幾天不澆水和剪斷它們的莖。然后，研究人員訓(xùn)練了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來區(qū)分不受脅迫的植物、缺水的植物和被修剪的植物。

研究小組發(fā)現(xiàn)，受到壓力的植物會比沒有壓力的植物發(fā)出更多聲音。植物發(fā)出的聲音類似于砰砰聲或咔嗒聲，一株受到壓力的植物每小時發(fā)出大約30～50次“咔嗒”聲，間隔似乎是隨機(jī)的，但沒有壓力的植物發(fā)出的聲音要少得多?！爱?dāng)番茄完全沒有壓力時，它們會非常安靜?！盚adany說。

缺水的植物在明顯脫水之前就開始發(fā)出噪聲，在缺水5天后，聲音的頻率達(dá)到峰值，然后會隨著植物干枯而下降。此外，植物發(fā)出的聲音類型因壓力原因不同而變化。機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠準(zhǔn)確區(qū)分脫水和切割造成的壓力，還可以辨別聲音是來自番茄還是煙草植物。

雖然這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是番茄和煙草，但研究團(tuán)隊也記錄了其他植物。Hadany說：“我們發(fā)現(xiàn)許多植物（比如玉米、小麥、葡萄和仙人掌）在受到壓力時都會發(fā)出聲音?！?/p>

這些噪聲背后的確切機(jī)制尚不清楚，但研究人員認(rèn)為，可能是由于植物維管系統(tǒng)中氣泡的形成和破裂造成的，這個過程被稱為氣穴現(xiàn)象。

目前還不清楚植物發(fā)出這些聲音是不是為了與其他生物交流，但這些聲音的存在具有重大的生態(tài)和進(jìn)化意義。“其他生物可能已經(jīng)進(jìn)化到能夠聽到這些聲音，并對其作出反應(yīng)?！盚adany說，“例如，一只打算在植物上產(chǎn)卵的飛蛾或一只打算吃掉植物的動物可以利用聲音幫助決策?！?/p>

其他植物也可能從這些聲音中受益。Hadany和團(tuán)隊的其他成員此前發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物“聽到”傳粉者發(fā)出的聲音時，它們會增加花蜜中的糖濃度。其他研究也表明，植物會改變它們的基因表達(dá)來響應(yīng)聲音。Hadany說：“如果其他植物在壓力實(shí)際發(fā)生之前就獲得了有關(guān)壓力的信息，它們就可以做好準(zhǔn)備?！?/p>

研究人員說，植物聲音研究可以用于改進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，以監(jiān)測作物的水化狀態(tài)，并有助于更有效地分配水分。

“所以現(xiàn)在我們知道植物確實(shí)會發(fā)出聲音，下一個問題是‘誰可能會聽到？?！盚adany說，“我們目前正在研究其他生物，包括動物和植物對這些聲音的反應(yīng)。我們也正探索如何在自然環(huán)境中識別和解釋這些聲音?！?/p>

（選自2023年4月3日《中國科學(xué)報》，本刊有刪改）