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“會(huì)說話的樹”

1983年，兩個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)公布了一項(xiàng)和植物通訊有關(guān)的驚人發(fā)現(xiàn)，這讓我們對(duì)從柳樹到棉豆的所有植物的了解都有了革命性變化。這些科學(xué)家聲稱，樹木可以彼此警告食葉昆蟲即將到來。在這些較為淺顯的結(jié)論背后，是令人震驚的暗示。報(bào)道這些研究的新聞很快在大眾文化中傳播開來，不光是在《科學(xué)》雜志上，連全世界的主流媒體都在談?wù)?ldquo;會(huì)說話的樹”。

戴維?羅茲和戈登?奧里安斯是華盛頓大學(xué)的兩位科學(xué)家，他們注意到，如果一些柳樹鄰近的其他柳樹已經(jīng)被天幕毛蟲6所侵害，那么天幕毛蟲就不太會(huì)在這些柳樹的葉子上大吃特吃。羅茲發(fā)現(xiàn)，在病樹附近的這些健康柳樹能夠抵抗這些毛蟲，是因?yàn)樗鼈兊娜~子含有酚類和單寧類物質(zhì)，這使得葉子的味道對(duì)毛蟲來說變得很差，而在病樹的那些易遭噬食的葉子里就找不到這些物質(zhì)。因?yàn)榭茖W(xué)家在病樹和它們健康的鄰居之間找不到任何物理上的聯(lián)系它們并不共享相同的根系，枝條彼此也不接觸羅茲推測(cè)病樹一定向健康柳樹傳達(dá)了一種借空氣傳播的外激素信息。換句話說，病樹向鄰近的健康柳樹發(fā)去了信號(hào)：“小心！加強(qiáng)防備！”

僅3個(gè)月之后，達(dá)特茅斯學(xué)院的研究者伊安?鮑德溫和杰克?舒爾茨發(fā)表了一篇影響重大的論文，支持了羅茲的報(bào)告。鮑德溫和舒爾茨一直與羅茲有聯(lián)系，他們不像羅茲和奧里安斯那樣監(jiān)視在野外開放環(huán)境下生長(zhǎng)的樹木，而是設(shè)計(jì)了條件高度可控的實(shí)驗(yàn)。他們研究的是在不透氣的有機(jī)玻璃籠中種植的楊樹和糖槭7幼苗(大約1英尺8高)。實(shí)驗(yàn)中一共用了兩個(gè)有機(jī)玻璃籠。及時(shí)個(gè)籠子里面有兩個(gè)居群的幼苗有15株幼苗各有兩片葉子被撕成兩半，另15株幼苗則未受損傷。第二個(gè)籠子里面是對(duì)照組幼苗，自然，它們都沒有損傷。兩天之后，在受傷幼苗其他的葉子中發(fā)現(xiàn)有很多化學(xué)物質(zhì)的含量升高了，這些物質(zhì)包括已知能夠阻礙毛蟲生長(zhǎng)的有毒酚類和單寧類物質(zhì)。在對(duì)照組籠子中的幼苗體內(nèi)則沒有這些物質(zhì)含量升高的跡象。然而，這一實(shí)驗(yàn)最重要的結(jié)論是，和受傷幼苗在同一籠子中的未受損傷幼苗的葉子中，也發(fā)現(xiàn)酚類和單寧類物質(zhì)的含量有顯著增長(zhǎng)。鮑德溫和舒爾茨提出，只要是受損的葉子，不管是在他們的實(shí)驗(yàn)中被撕損的葉子，還是在羅茲的觀察中被昆蟲攝食的柳樹葉子，都會(huì)釋放一種氣體信號(hào)，使傷樹可以和未受損傷的樹木通訊，結(jié)果，那些未受損傷的樹木會(huì)保護(hù)自身免受即將來臨的昆蟲侵害。

這些早期的有關(guān)植物通訊的報(bào)告常常被科學(xué)共同體中的其他人拒絕接受，他們認(rèn)為這些研究要么缺乏正確的對(duì)照組，要么雖然得出了正確的結(jié)果，卻夸大了其意義。與此同時(shí)，大眾媒體卻熱情接受了“會(huì)說話的樹”這個(gè)觀念，把研究者的結(jié)論都擬人化了。不管是《洛杉磯時(shí)報(bào)》、加拿大的《溫莎星報(bào)》，還是澳大利亞的《時(shí)代報(bào)》，新聞市場(chǎng)都在為這個(gè)觀念走火入魔，登載的消息都有類似下面這樣的標(biāo)題：“科學(xué)家翻動(dòng)新樹葉，發(fā)現(xiàn)樹木會(huì)說話”，“噓，小小的植物有大大的耳朵”。《薩拉索達(dá)先驅(qū)論壇報(bào)》的頭版標(biāo)題則是“科學(xué)家相信，樹木會(huì)說話，會(huì)彼此回應(yīng)”。《紐約時(shí)報(bào)》1983年6月7日的主社論標(biāo)題甚至是“當(dāng)樹木說話時(shí)”，在這篇文章中，作者推測(cè)“會(huì)說話的樹木的樹皮比立枯病更狠”9。所有這些公眾媒體的關(guān)注都不足以使科學(xué)家接受鮑德溫和他的同事提出的化學(xué)通訊的想法。但是在最近十年中，植物通過氣味來通訊的現(xiàn)象已經(jīng)在包括大麥、絹蒿和榿木在內(nèi)的大量植物身上得到了反復(fù)驗(yàn)證，而在那篇開創(chuàng)性之時(shí)剛剛離開學(xué)院的年輕化學(xué)家鮑德溫，則繼續(xù)了他的科研生涯。

盡管植物通過靠空氣傳播的化學(xué)信號(hào)受到鄰近植物影響的現(xiàn)象，現(xiàn)在已經(jīng)是公認(rèn)的科學(xué)事實(shí)，許多疑問還仍然存在：植物真的在彼此通訊(換句話說，有目的地彼此警告即將到來的危險(xiǎn))嗎？還是說，健康的植物只是在竊聽受侵害植物的獨(dú)白，后者本來不想被人聽到它在說話？當(dāng)植物向空氣中散發(fā)氣味時(shí)，這真的是交談的一種方式嗎？還是說它只是在釋放氣體？植物會(huì)呼叫幫助、警告鄰居的想法富有寓意、充滿擬人化的美感，但這真的反映了信號(hào)傳遞的原始意圖嗎？

為了解決這些問題，墨西哥伊拉普阿托高等研究中心的馬丁?海爾及其團(tuán)隊(duì)在最近幾年里一直在研究野生棉豆(Phaseolus lunatus)。海爾知道當(dāng)棉豆被甲蟲取食時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生兩種反應(yīng)。被昆蟲取食的葉子會(huì)向空氣中釋放混合揮發(fā)物，而花(盡管并未被甲蟲直接侵害)會(huì)制造蜜汁，吸引以甲蟲為食的節(jié)肢動(dòng)物。在他研究的早期，也就是千年之交的時(shí)候，海爾在德國(guó)耶拿馬克斯?普朗克化學(xué)生態(tài)學(xué)研究所工作，鮑德溫也在那里工作，當(dāng)時(shí)是(現(xiàn)在也是)系主任。就像在他之前的鮑德溫一樣，海爾也想知道棉豆為什么要釋放這些物質(zhì)。

海爾和他的同事把已經(jīng)被甲蟲侵害的棉豆植株放到與甲蟲隔離的植株旁邊，并監(jiān)測(cè)不同葉子周圍的空氣。他們從3棵不同的植株上選擇了總共4片葉子從一棵已經(jīng)被甲蟲侵害的植株上選擇了兩片葉子，一片葉子已被取食，一片葉子還未被取食；從一棵鄰近的但仍然健康的“未受侵害”植株上選擇了一片葉子；又從與甲蟲或受侵害植株隔絕一切接觸的一棵植株上選擇了一片葉子，作為對(duì)照組。他們用一種叫作氣相色譜質(zhì)譜分析的高級(jí)技術(shù)(在電視劇《犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查》中對(duì)這一技術(shù)常有展現(xiàn)，香水廠在研發(fā)新香水時(shí)也要用到它)來鑒定每片葉子周圍空氣中的揮發(fā)物。

海爾發(fā)現(xiàn)，同一棵植株上被取食的葉子和健康葉子釋放的氣體中，其揮發(fā)物相同，而作為對(duì)照組的葉子，其周圍的空氣卻不含這些物質(zhì)。此外，與受到甲蟲侵害的植株相鄰的棉豆健康葉子周圍的空氣中也含有揮發(fā)物，而且和在被取食的植株那里監(jiān)測(cè)到的物質(zhì)也相同。這些健康植株同樣也不太可能再被甲蟲攝食。

這一組實(shí)驗(yàn)顯示，未受害的葉子如果與受害葉子鄰近，就可以在防御昆蟲上具備優(yōu)勢(shì)，這證實(shí)了早先研究的結(jié)論。但是海爾仍不相信受害葉會(huì)向其他植株“說話”，警告它們近在咫尺的侵害。相反，他懷疑鄰近的植株恐怕是像竊聽一樣“竊嗅”了受害植株的內(nèi)部信號(hào)，這個(gè)內(nèi)部信號(hào)本來是發(fā)給同一植株的其他葉子的。

海爾用一種簡(jiǎn)單而精巧的方法改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)置，以檢驗(yàn)他的假說。他把兩棵棉豆植株彼此靠近放置，但用塑料袋把受害葉密封了24小時(shí)。這回當(dāng)他再檢查和及時(shí)次實(shí)驗(yàn)相同的4種類型的葉子時(shí)，結(jié)果就有所不同了。受害葉仍然釋放和以前相同的化學(xué)物質(zhì)，同一棵豆蔓上的其他葉子和鄰近植株的葉子現(xiàn)在卻和對(duì)照組植株一樣它們周圍的空氣中沒有這些物質(zhì)。

海爾和他的團(tuán)隊(duì)打開包裹受害葉的塑料袋，利用一個(gè)通常用在電腦芯片上給電腦降溫的風(fēng)扇，把受害葉周圍的空氣吹往兩個(gè)方向：其一是向同一棵豆蔓上端的相鄰葉子吹，其二是向遠(yuǎn)離豆蔓的空氣中吹。他們檢查了從莖蔓高處的葉子散發(fā)出來的氣體，測(cè)量了它們產(chǎn)生的蜜汁量。被受害葉散發(fā)的氣體吹拂到的葉子自己開始散發(fā)同樣的氣體，并同時(shí)產(chǎn)生蜜汁。沒有暴露在受害葉散發(fā)的氣體之中的葉子則沒有變化。

海爾實(shí)驗(yàn)示意圖

上面兩幅圖顯示，海爾讓甲蟲侵害以灰色表示的葉子，然后檢查同一株豆蔓和相鄰另一株豆蔓上其他葉子周圍的空氣。上左圖顯示兩株豆蔓上的所有葉子周圍的空氣中都含有相同的化學(xué)物質(zhì)；上右圖則顯示當(dāng)海爾把受害葉用塑料袋隔離之后，它們周圍的空氣異于兩株豆蔓上所有其他葉子周圍的空氣。下面兩幅圖顯示了海爾的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)。他把來自受害葉的空氣要么吹向同一株豆蔓的其他葉子(下左圖)，要么吹離這些葉子(下右圖)。

這個(gè)結(jié)果意義重大，因?yàn)樗沂荆瑥氖芎θ~釋放的氣體對(duì)于這一植株保護(hù)其他的葉子免受侵害來說是必需的。換句話說，如果一片葉子被昆蟲或細(xì)菌侵害，它會(huì)釋放氣味，警告兄弟葉保護(hù)自己免受迫在眉睫的侵害，這就好比在中國(guó)長(zhǎng)城的烽火臺(tái)上點(diǎn)火是在警告即將到來的襲擊一樣。通過這種方式，“嗅”到了受害葉散發(fā)的氣體的葉子對(duì)于接連而至的暴力侵害有了更強(qiáng)的抵抗力，這就保障了植株自身的存活。

那么那些相鄰的植株呢？如果它離被侵害的植株足夠近，那就能從被害植株葉子之間的內(nèi)部“對(duì)話”中獲益。鄰近的植株竊聽到了附近的嗅覺對(duì)話，從中獲取了關(guān)鍵信息，有助于它保護(hù)自身。在自然界中，這種嗅覺信號(hào)可傳播至少幾英尺(不同的揮發(fā)性信號(hào)傳播的距離有遠(yuǎn)有近，這取決于它們的化學(xué)性質(zhì))。就棉豆而言，它們天然就喜歡群居而生，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)一株有難、八方知曉的目標(biāo)來說是足夠了。

當(dāng)鄰近植株被噬食時(shí)，棉豆究竟聞到了什么東西？正如在菟絲子實(shí)驗(yàn)中描述過的“番茄香水”一樣，“棉豆香水”也是多種氣味的復(fù)合混合物。2009年，海爾和韓國(guó)的同事合作，分析了從被害植株的葉子散發(fā)出來的各種揮發(fā)物，以便確定化學(xué)信使究竟是什么。這里的關(guān)鍵在于鑒定那種明顯負(fù)責(zé)與其他葉子進(jìn)行通訊的化學(xué)物質(zhì)。他們比較了遭受細(xì)菌感染的葉子所散發(fā)的物質(zhì)和遭受昆蟲取食的葉子所散發(fā)的物質(zhì)。在這兩種侵害下葉子釋放的揮發(fā)性氣體成分類似，唯有兩種氣體不同，才可以區(qū)別這兩種侵害。受細(xì)菌侵害的葉子會(huì)釋放一種叫作水楊酸甲酯的氣體；被害蟲攝食的葉子就不會(huì)釋放這種氣體，但會(huì)產(chǎn)生另一種叫茉莉酸甲酯的氣體。

水楊酸甲酯在結(jié)構(gòu)上和水楊酸非常相似。在柳樹皮中可以找到含量豐富的水楊酸。事實(shí)上，古希臘醫(yī)生希波克拉底就已經(jīng)描述了一種從柳樹皮提取的、能夠緩解疼痛和退熱的苦味物質(zhì)，現(xiàn)在已知就是水楊酸。古代中東的其他文明也用柳樹皮入藥，美洲原住民也是如此。多個(gè)世紀(jì)以后，我們知道水楊酸是阿斯匹林(乙酰水楊酸)的化學(xué)前體，而水楊酸本身也是現(xiàn)代的許多除痤瘡洗面奶的關(guān)鍵成分。

盡管柳樹是水楊酸的一個(gè)眾所周知的天然來源，人們從中提取水楊酸已經(jīng)很有年頭了，但其實(shí)所有的植物都會(huì)制造或多或少的水楊酸。植物同時(shí)還制造水楊酸甲酯(順便一提，這是奔肌15膏油的重要成分)。可是，植物為什么要生產(chǎn)止痛藥和退熱藥呢？其實(shí)正如其他任何植物化學(xué)物質(zhì)(即植物制造的化學(xué)物質(zhì))一樣，植物并不是為了人類利益才制造水楊酸的。對(duì)植物來說，水楊酸是加強(qiáng)植物免疫系統(tǒng)的“防御激素”。當(dāng)植物被細(xì)菌或病毒侵害時(shí)就會(huì)生產(chǎn)水楊酸。水楊酸可溶于水，它就從植物受感染的地方釋放出來，通過維管系統(tǒng)到達(dá)植物的其他部位，發(fā)出細(xì)菌正在入侵的信號(hào)。植株的健康部位于是做出反應(yīng)，開始進(jìn)行多種方式的防御，要么殺死細(xì)菌，要么至少阻止瘟疫的擴(kuò)散。在有的防御過程中，植物會(huì)在感染區(qū)域周圍構(gòu)筑一道由死細(xì)胞組成的壁壘，阻止細(xì)菌向植株其他部位移動(dòng)。有時(shí)你能在葉子上見到這些壁壘，它們看上去是一些白點(diǎn)。在這些白點(diǎn)所在的葉片區(qū)域，細(xì)胞實(shí)際上是自殺了，這樣它們附近的細(xì)菌就不能向遠(yuǎn)處擴(kuò)散了。

從更廣的層面上看，水楊酸在植物和人體內(nèi)的功能是相似的。植物用水楊酸幫助其避免感染(這意思就是說，植物在生病時(shí)會(huì)用到水楊酸)。而我們遇上引發(fā)疼痛的感染時(shí)，自古以來就應(yīng)用水楊酸治療，現(xiàn)在又應(yīng)用了其現(xiàn)代衍生物阿斯匹林。

回到海爾的實(shí)驗(yàn)上。在受到細(xì)菌侵害后，實(shí)驗(yàn)所用的棉豆散發(fā)水楊酸甲酯，這是水楊酸的揮發(fā)性形態(tài)。這個(gè)結(jié)果證實(shí)了十年前由拉特杰斯大學(xué)的伊利亞?拉斯金實(shí)驗(yàn)室所做的另一項(xiàng)工作，即水楊酸甲酯是煙草在遭受病毒感染后產(chǎn)生的主要揮發(fā)物。植物可以將可溶于水的水楊酸轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的水楊酸甲酯，反之亦然。要理解水楊酸和水楊酸甲酯的不同之處，可以這樣想：植物嘗到水楊酸，而嗅到水楊酸甲酯。(正如我們所知，味覺和嗅覺是緊密相關(guān)的感覺。主要不同就在于，我們用舌頭嘗到可溶于水的物質(zhì)，而用鼻子嗅到揮發(fā)性的特質(zhì)。)

在海爾把受感染的葉子用塑料袋包起來的時(shí)候，他隔絕了水楊酸甲酯從受感染的葉子飄往同一株豆蔓或鄰近植株未受感染的葉子的過程。而當(dāng)來自受感染的葉子的氣體吹到未受感染的葉子之上，使它終于“聞”到水楊酸甲酯的時(shí)候，這片葉子就通過葉片表面微小的開口(叫作氣孔)吸入這一氣體。一旦進(jìn)入葉片深處，水楊酸甲酯就重新轉(zhuǎn)化為水楊酸，而我們已經(jīng)知道，這就是植物在生病時(shí)所服用的藥物。

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