报告中指出,植物拥有进行信息交流的本领。
当毛虫类昆虫啃噬植物的叶片或茎杆时,受到攻击的植物就会释放出一些挥发性化合物并在空气中散布。比如玉米在被毛虫啃咬茎杆后,会立即释放出一种成分复杂的挥发性化学混合物。
这些化学混合物中可包含多种不同的信息。比如某些植物在“忍受”研究人员摘取它们叶片的“侮辱”行为时,会释放某种挥发性化学物质,但这些化学物质的气味与被毛虫啃噬时释放的化学物质绝不相同。
让人惊奇的是,某些以其他昆虫为食的昆虫对植物向空气中散布的这类信息非常敏感,它们会闻香而动,向受到攻击的植物蜂拥而来,将那些攻击植物者当做它们的美餐。研究发现,这些像流动救护车一样的捕食昆虫对于它们的“救护”对象是有所选择的,它们会对气味信息进行鉴别,优先选择飞向那些它们喜欢吃的害虫所在之处,而对那些不对它们口味的害虫,即使害虫正在攻击植物,即使植物频频发出求救信号,它们也不会予以理睬。比如,黄蜂喜欢将卵产在年幼毛虫的体内,因此它们只对年幼毛虫感兴趣,而对于受到成年毛虫滋扰的植物发出的信号,它们根本就置若罔闻。
附近的植物植株也能“听”到周围同伴的求救信号,虽然它们帮不上同伴的忙,但也会做出某种行为反应,比如启动它们自己的抵御机制。
卡尔班用“信息交流”一词来描述植物释放化学物质的行为。“信息交流”的严格定义是:信息发出者和信息接收者同样都能从这种信息交流中获益。即使按照如此严格的定义,植物释放化学物质的行为也仍然称得上是一种“信息交流”行为,因为它确实是同时有利于双方的:植物因昆虫的及时“救援”而免受伤害,昆虫因植物释放的化学物质而获得食物来源的信息,可谓皆大欢喜。
科学家目前已经发现了1 700多种由植物发出的挥发性化合物。对于无法移动身体逃避伤害,又没法“呼救”的植物来说,释放化学物质的确是一种非常聪明的传递信息的策略。花朵发出的吸引传粉媒介的各种香味也属这类化学物质。植物在感受到压力时也会释放出某些化学气味,相当于准备发起抵抗的“战斗口号”。有的气味是给邻近的植物同伴发出的示警信号,促使它们快速启动各自的防御机制,有的气味则用来“召唤”某些捕食昆虫,帮助它们消灭敌人破解困厄。
植物会捕猎觅食吗
我们经常在电视节目里看到猎豹快速奔跑捕猎羚羊的镜头,但我们所不知的是,在奔跑的猎豹的脚下,植物也在进行着一种别开生面的捕猎,只是所采取的捕猎方式不同而已。
植物猎食的最基本方式是尽可能地将根系向外延伸。植物学家数十年来的研究已经证明,植物根系生长是很讲究策略的,它们会向着营养丰富的方向扩展,并且会尽量避开贫脊的土壤。
植物甚至还会采用类似猎豹的“突袭战术”,只不过它们的“武器”不是尖牙利爪,而是化学物质。研究人员利用蚕豆进行了试验。他们将蚕豆植株放入含磷较少的培养液中,由于蚕豆是一种需要大量含磷营养物的植物,于是蚕豆植株立即采取了“行动”:释放出某种化学物质,并在6 h内使培养液的pH值降低了两个单位,而pH值的降低可提高植物对磷的摄取量。蚕豆植株的根系就是这样以其独特的“化学武器”追踪并猎取到它们所需要的营养物质。
植物行为应该具有两个特点:一是“出手”要快,二是收放自如。一些捕食植物就能做到这两点,比如捕蝇草通过在植物内部传递某种信号,可以在1 s内将它的“大口”合拢,就像把一本书完全合起来一样。误入狸藻科植物(水生食虫植物)小小花托中的水蚤会触动植物敏感的触觉,植物的捕食“陷阱”可在30 ms内迅速张开,使水蚤掉入植物内部,最终被消化吸收。
植物之间有“战争”吗
有证据表明,植物之间也会发生争夺食物等资源的“战争”,并能根据先前的经历对外来刺激和侵犯做出反应。比如有些植物虽然不像菟丝子那样拥有超强的猎食能力,但却拥有争夺食物的意图及各种策略。
植物学家米特伦致力于研究一种叫做“斑点矢车菊”的植物,他的研究成果使得植物除了拥有“化学突袭战”的本领之外,又增加了一种生存策略。
斑点矢车菊原产于欧洲,在那里这种植物只是偶尔出现在其他植物花卉中作为点缀。斑点矢车菊的根系能够散发出一种叫做儿茶酚的物质,在某些土壤中,儿茶酚能够提高土壤中的磷含量。
后来,斑点矢车菊被移植到了北美洲。这种曾经只作为陪衬的植物,到北美洲后却大展身手,成为那片陌生土地上的“巧取豪夺者”。它们像毯子一样覆盖了一片又一片的山坡,当地的植物被挤得没有了立足之地。斑点矢车菊在新环境中得以成功立足并发展的关键因素就是儿茶酚。斑点矢车菊分泌的儿茶酚不会给它们的欧洲邻居们带来困扰,因为它是一种现成的食物助剂,但却让它们的北美洲新邻居难以忍受,因为这种物质“变”成了一种“化学武器”。
在植物的这场根对根的“战争” 中,当地植物有时也会发起“反击”,它们使用的“武器”也是化学物质。研究人员发现,当斑点矢车菊侵袭周围环境时,一种羽扇豆属植物和一种天人菊属植物居然不会受到任何影响。他们对这两种植物进行观察研究,发现它们的根系会渗出特别多的草酸盐,天人菊属植物分泌的草酸盐达到正常水平的4倍,羽扇豆属植物分泌的草酸盐甚至达到正常水平的40倍!草酸盐可用来抵抗儿茶酚的侵袭作用,它不仅保护了羽扇豆属植物和天人菊属植物本身,连附近生长的其他当地植物也得到了相应的保护。
植物能感知痛苦吗
对于这个问题,科学家的回答是肯定的。如今科学家使用仪器进行测量,已经获得了植物能感知压力和痛苦的确凿证据。研究人员用特制的电子鼻“偷听”受到伤害或遭受攻击的植物发出的“低语”,即植物发出的电化学信号。这种电子鼻能否成功分辨植物在感知到各种不同压力时所发出的不同信号,主要取决于植物受到何种害虫的滋扰,比如电子鼻可以分辨出植物是受到烟草天蛾幼虫的袭击还是受到白粉菌的伤害。
研究人员称,就像战争冲突等灾难会给动物幸存者带来创伤一样,无论是以化学物质形式或以其他任何形式,这些灾难同样也会给植物幸存者带来某些影响和改变。曾经受到过昆虫袭击的白杨树叶片,它们在下一次受到攻击时会以比以前快得多的速度启动其防御机制,而毫无这类经验的叶片的反应则明显慢得多。卡尔班等人认为,植物的这种能力相当于动物的记忆能力。
植物之间会交谈吗
研究还发现,即使是植物间关于“战争即将来临”而进行的“交谈”,也会让从未有过类似经验的叶片有所警惕并做好准备。比如,当研究人员对一个叶片发起“攻击”时,由其发出的“受到攻击”的化学信号就会飘荡到邻近的叶片,并在叶片间流传开来,就像植物在进行交谈一样。之后,当研究人员向邻近叶片发起“攻击”时,它们启动防御机制的速度明显要快得多。植物之间进行的生物化学“交谈”确实有利于它们的生存。
植物学家德莫拉埃斯指出,当受到攻击伤害的植物发出示警信号时,其周围的植物可能都在注意“倾听”,但植物的这种“自言自语”的最大受益者或许不是它的邻居,而是它本身。最新研究表明,植物能分辨自我与非我,比如山艾树就能分辨自身发出的信号与相邻山艾树发出的信号之间的不同。而对于受伤邻居发出的化学信号,山艾树甚至还能分辨发出信号者是基因相同的同类物种还是别的物种,如果是前者发出的信号,它抵御袭击的反应就会强烈得多。植物拥有识别自我的能力,这一发现将开辟植物与动物比较研究的新领域。
植物拥有智力吗
一些植物学家甚至借用动物界的词汇来描述植物行为。在植物行为研究中,德莫拉埃斯、米特伦和卡尔班都借用了一些动物学词汇,而另外一些植物学家则走得更远,比如爱丁堡大学的特里瓦弗斯甚至使用了“植物智力”一词。他认为,解决问题的能力是对智力最好的描述,植物既然能够解决生存中的一些问题,也就自然拥有了一定程度的智力。
前不久,第五届植物神经生物学年会在意大利佛罗伦萨举行,会上一些植物神经学家甚至开始讨论寻找植物“大脑”的话题,在一些论述植物行为的论文中也出现了“植物智力”这样的术语。
植物学家已经借用了许多描述人类行为的词汇来描述植物的行为,比如竞赛、觅食、交谈、血管系统等,尽管植物版本的这类机制与人类有着很大的不同。人们现在普遍接受了计算机拥有记忆能力,甚至拥有学习能力等说法,但如果说植物也拥有智力,恐怕很多人会觉得难以想象。特里瓦弗斯目前正在撰写一本书,书名就叫《植物的行为和智力》,听起来是一本很有趣的书。
将神经生物学词汇应用于植物也得到了许多植物学家的赞同。2006年,纽约植物园的植物学家开始研究“植物如何处理从周围环境中获得的信息”。事实上,早在近一个世纪之前,就有研究人员报告说,发现植物组织中存在电活动。新的研究称,在动物神经系统中发现的一些主要的神经传递素,包括乙酰胆碱、血液中的复合胺、伽马氨基丁酸以及谷氨酸盐等,也都存在于植物中。这一研究成果引起了科学家们的极大关注,对于植物研究有着重要的意义。
科学家说,我们在对植物世界的了解中,一定错失了某些最重要的东西。科学家对植物世界的深入探索在未来一定会给我们带来很多惊喜。