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。那么植物面對壓力時會怎樣？

以色列研究人員發現，當番茄和煙草感到壓力時——脫水或莖被切斷，它們發出的聲音與人類正常談話的音量相當。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。”特拉維夫大學進化生物學家Lilach Hadany說，“但有些動物能聽到這些聲音，所以自然界可能發生了很多聲學相互作用。”

科學家已經發現了植物超聲波振動，新研究則得到了它們通過空氣傳播的第一個證據。

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行交流，所以對植物來說，完全不使用聲音是不可能的。”

研究人員用麥克風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境中進行了實驗。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，研究人員訓練了一種機器學習算法來區分不受脅迫的植物、缺水的植物和被修剪的植物。

研究小組發現，受到壓力的植物會比沒有壓力的植物發出更多聲音。植物發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出大約30～50次“咔嗒”聲，間隔似乎是隨機的，但沒有壓力的植物發出的聲音要少得多。“當番茄完全沒有壓力時，它們會非常安靜。”Hadany說。

缺水的植物在明顯脫水之前就開始發出噪聲，在缺水5天后，聲音的頻率達到峰值，然后會隨著植物干枯而下降。此外，植物發出的聲音類型因壓力原因不同而變化。機器學習算法能夠準確區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。

雖然這項研究的重點是番茄和煙草，但研究團隊也記錄了其他植物。Hadany說：“我們發現許多植物（比如玉米、小麥、葡萄和仙人掌）在受到壓力時都會發出聲音。”

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

目前還不清楚植物發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和進化意義。“其他生物可能已經進化到能夠聽到這些聲音，并對其作出反應。”Hadany說，“例如，一只打算在植物上產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。”

其他植物也可能從這些聲音中受益。Hadany和團隊的其他成員此前發現，當植物“聽到”傳粉者發出的聲音時，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來響應聲音。Hadany說：“如果其他植物在壓力實際發生之前就獲得了有關壓力的信息，它們就可以做好準備。”

研究人員說，植物聲音研究可以用于改進農業灌溉系統，以監測作物的水化狀態，并有助于更有效地分配水分。

“所以現在我們知道植物確實會發出聲音，下一個問題是‘誰可能會聽到？。”Hadany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。我們也正探索如何在自然環境中識別和解釋這些聲音。”

（選自2023年4月3日《中國科學報》，本刊有刪改）