当菜叶听到虫子咀嚼它的叶子后…

导  读

长期以来植物一直被认为能感知声音，但为什么植物有这个能力却仍然是一个谜。 2014年密苏里大学的一项研究或许解开了这个谜团。

编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员）

现实生活中，我们看到昆虫吃菜叶并非整片整片吞吃，而是经常在菜叶上挖小孔或从叶缘入手，为什么呢？

长期以来植物一直被认为能感知声音，但为什么植物有这个能力却仍然是一个谜。 2014年密苏里大学的一项研究或许解开了这个谜团。

一、植物的确能能到声音，并辨别危险，产生化学防御

当卷心菜蝴蝶毛虫从叶子边缘咬出一个月牙形时，小芥菜植物立马觉察到，它的食肉动物发出的声音响亮而清晰，咀嚼振动在树叶和茎上回荡，小芥菜植物产生出化学防御反应。 

2014年，密苏里大学的一个实验表明昆虫咀嚼的振动，但不是风或昆虫的歌曲，会引起植物的反应。第一次发现植物在环境中响应生态相关的声音。

密苏里大学邦德生命科学中心研究员、农业，食品和自然资源学院植物科学系高级研究科学家海迪•阿佩尔（Heidi Appel）和密苏里大学文理学院生物科学教授、动物通讯专家Rex  Cocroft发现了植物会产生专门针对捕食者咀嚼振动的化学反应。他们合作研究植物摄食昆虫如何产生和探测通过寄主植物的振动。

海迪•阿佩尔（Heidi Appel）说：“令人吃惊和很酷的是，能够让这些植物产生防御反应只有咀嚼的振动，而与咀嚼的振动相同频率的风动或其他振动则不会产生防御。

Cocroft说：“这是一个理想的合作，这个合作是由在不同领域工作的两人之间的聊天得来的，聊天发现了一个重要的交叉的研究区域。有一点，我们开始好奇植物是否能够监测其食草动物产生的机械振动。”

阿佩尔专注于量化“植物如何保护自己和以何种方式保护”，而Cocroft的工作是捕捉听不到的毛毛虫咀嚼振动，分析这些振动，并模拟昆虫摄食的声学特征并播放给植物听，并不提供其他任何暗示如伤害叶片。然后Cocroft使用专门的激光来聆听和记录植物听到的声音。

Cocroft说：“大多数检测振动的方法都是使用接触式麦克风，但对于这些微小的叶片是不行的，因为传感器的重量会完全改变信号。

在卷心菜蝴蝶毛毛虫咀嚼拟南芥的叶片的临近叶片上，有一片反射带反弹激光束，用来检测咀嚼所产生的振动。

激光束从叶片表面的一小块反光带反射，以测量其偏转，从而最大限度地减少与植物的接触。激光的输出也可以通过音频扬声器播放，让人的耳朵听到毛虫产生的振动。

录制声音只是一个开始。

你不能把耳机放在叶子上，所以需要使用微小的压电致动器（本质上是一个可以播放震动而不是空中声音的微型扬声器）。

Cocroft说：“这是一个微妙的过程，因为叶子的表面只能上下振动1 / 10,000英寸左右，所以在摄食的同时，叶子会颤抖。但是我们可以用蜡将致动器连接到叶片上，并非常精确地播放一段毛毛虫摄食，以重新创建一个典型的2小时摄食片段”。

Appel和Cocroft测试了这些咀嚼声是否能够在植物体内产生更多的化学防御，以及这些摄食记录在实际摄食叶子之前播放时能否发挥防御作用。

Appel说：“我们研究了表现辣味的、具有抗癌特性的芥子油，以及使红葡萄酒具有颜色，在巧克力中有助于健康的花青素，当这些含量较高时，昆虫走开或只是不摄食。”

研究人员给一些拟南芥植物2个小时的寂静片段，给另外一些拟南芥植物听2个小时的毛毛虫咀嚼声，然后他们从这些植物选取三片叶子，让毛毛虫吃掉每片叶子的三分之一左右。在毛虫摄食之后给植物24至48小时的响应时间，他们收获叶片进行化学分析。

结果他们发现听了2个小时的毛毛虫咀嚼声的植物叶片中有更多的硫代葡萄糖苷，实验成功了。

第二个类似的实验跨前一步，测试植物是否会简单地对任何振动作出反应，或者他们只对特定的咀嚼振动作出反应。在这种情况下，Appel分析了花青素，只有当植物曝露于咀嚼振动，花青素含量提高了，但曝露于由风或非害虫的声音产生的振动，花青素的含量没有提高。

Appel和Cocroft希望他们的工作重点放在植物声学上，以便更好地理解植物为什么能够检测和响应振动。

 “以往，人们认为播放音乐给植物听能起作用，但这种刺激与植物的自然生态脱节，所以很难解释植物能有什么反应，”

Cocroft说，“我们试图考虑植物的声学环境和它可能正在听的东西，然后用这些振动的声音来找出产生差别的因素。”

国家科学基金会似乎认同他们的努力，授予这个项目的资助。

下一步的研究包括研究其他类型的植物如何对捕食昆虫的声音做出反应，并准确地确定声音的哪些特征触发了植物防御的变化。

这些问题旨在进一步了解植物如何知道如何对其环境做出适当的反应。有一天将创建更好的植物。

Appel说：“一旦你理解了这些东西，就可以通过传统方法或者生物技术方法来改变植物的方式，从而使它们更好地响应，从而使它们更好地抵抗害虫，有一天将能应用于实践。”

该项研究已经在2014年7月1日在线杂志Oecologia在线出版，并已在2014年8月号出版。

二、歌曲并没有此功能

佛教中认为万物皆有灵，也因此在现实生活中，也有些菜农在菜园播放佛歌来驱虫，植物能听到吗？或者虫子能被感化？

根据这项研究负责人海迪•阿佩尔（Heidi Appel）说：“令人吃惊和很酷的是，能够让这些植物产生防御反应只有咀嚼的振动，而与咀嚼的振动相同频率的风动或其他振动则不会产生防御。

因此可以说播放佛歌与此项研究成果无关。

主要参考：

1.Hearing danger: predator vibrations trigger plant chemical defenses 

https://decodingscience.missouri.edu/2014/07/01/hearing-danger-appel-cocroft/

2.植物は音を「聞く」ことが可能と判明 

https://gigazine.net/news/20141022-plants-hear-pests-attack/

3.Appel HM and RB Cocroft. 2014. Plants respond to leaf vibrations caused by insect herbivore chewing. Oecologia. 175:1257-1266.

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