植物懂交流，有記憶，還會數數？

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傾聽植物的聲音。圖片來源：freshmania

編者按：
植物不會說話，沒有感知？你要是這麼想就落伍了。科學家們發現，植物可以通過化學信號嘰嘰喳喳，它們還有學習能力，數數的技能，而有的植物對某件事的記憶力可以長達一個月！植物，沒那麼簡單。

文 | 馬子頌（德國馬普研究所生物學博士）

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「如果有來生，要做一棵樹，站成永恆，沒有悲歡的姿勢。」三毛這首影響過無數文藝青年詩篇，骨子裡流露出對樹的那麼一絲「偏見」。樹真的只會一動不動地屹立在遠方的地平線上或是擁擠在潮濕的雨林里，不諳世事地了此一生了么？事實上，科學家已經發現，植物懂交流，有記憶，甚至還會數數。這些能力，在動物身上，被稱為認知能力。

愛麗絲夢遊仙境時，曾遇到過一隻抽著水煙的藍色毛毛蟲，抽煙抽得滿臉寫著享受，想必是煙草天蛾的後代了。尼古丁對昆蟲來說是種劇毒，以啃食煙草為生的煙草天蛾幼蟲卻生來就對尼古丁免疫。

煙草受到昆蟲襲擊時，會分泌尼古丁來禦敵。但如果對方是煙草天蛾幼蟲，事情就是另一個邏輯了。煙草並不笨，根據唾液成分便能判斷出煙草天蛾幼蟲的身份，知道分泌再多的尼古丁也無濟於事，何必再負隅頑抗耗費能量呢！從種群水平來講，煙草天蛾幼蟲的存在也不全是壞事，至少這些成蟲們會辛勤地給煙草授粉。面對威脅，煙草還有另一套備用的防禦系統：葉子破損之後分泌出來的化學物質能夠吸引捕食蟎來吃掉侵略者。這是三營養級關係的一個典型例子。

煙草的例子給了我們很多啟示。植物是如何判斷誰在啃食他們的葉子的？如何記住這些威脅並加以應對的？又是如何向第三方尋求幫助的？隨著人們對植物化學信號傳遞有了深入的了解後，這些問題也有了答案。

圖1：煙草天蛾幼蟲對尼古丁有抗性。一旦遇到，心知肚明的煙草並不會加速製造尼古丁。（圖片來自：British Entomology Volume 5, John Curtis）

1.植物化學信號交流

植物既不會開口說話，也聽不見熱情園丁對它們的評頭論足。但在過去30年中，人們陸續發現植物可以通過化學信號彼此交流。1983年，美國西雅圖華盛頓大學的David Rhoades發現，當一棵柳樹被昆蟲襲擊，其他鄰近的柳樹會就進入一種積極防禦模式。他推測，遇襲柳樹散播到空氣中的信號分子起到了預警的作用。這個假設同年被研究楊樹的科學家也證實了。David Rhoades被稱為是植物交流領域「未被承認的先驅」。據傳，當時他的這些想法所招致的質疑聲，使他被迫放棄了科研這條道路。

加州大學戴維斯分校的生態學家Richard Karban和同事最近發布了一份關於山艾樹特有揮發物的詳細研究結果。他們發現，植物預警信號的化學型存在著特徵和遺傳差異，相同或相近化學型預警信號可以帶來更有效的保護。

除了釋放化學信號來保護同類，植物還會用化學信號來欺騙昆蟲。通過性欺騙來誘使昆蟲授粉的例子比比皆是。各大洲的蘭花不約而同地進化出了通過模擬雌性昆蟲費洛蒙來吸引雄性昆蟲的技能。雄性昆蟲「性」致勃勃地來給花兒授粉，完事兒了才感覺好像哪裡有點不對。以鐵鎚蘭為例，用來欺騙授粉者的信號分子是烷基吡嗪和羥甲基吡嗪。同時，它的花也凹成了嘴唇的造型，模仿雌性黃蜂的外形。

馬兜鈴屬中的一些花聞起來有股腐爛肉體的惡臭，而能被這種惡臭所吸引的，放眼望去也只有蒼蠅了。以圓葉馬兜鈴為例，它揮發出來的味道人類的鼻子是察覺不到的，但對蒼蠅有著特殊的吸引力。這些蒼蠅平時以昆蟲屍體的分泌物為食。圓葉馬兜鈴就是通過模擬這種分泌物的臭味來吸引這些蒼蠅的。

2.根與地下世界

植物交流除了通過空氣中的化學信號，還有一種我們平時看不見的渠道，那就是深埋於地表下的植物根系。它是植物與環境之間重要的交流通道。德國科學家Lorenz Hiltner第一個認識到根系附近環境的重要性，他在1904年提出了「根際」的概念。一個多世紀過去了，現如今成為了植物學中最熱門的領域之一。

圖2：根際環境高度複雜。植物既可以通過根來和植物交流，也可以跟其他物種交流。（圖片來自：Nerys Hamutal Gro?）

地下世界裡，植物與各個物種也頻繁地交流著。近年來，宏基因組學（又稱微生物環境基因組學）的研究使得研究人員可以從基因組水平上認識根際微生物。這些微生物的存在對植物的生長起著重要的作用。植物通過代謝來為根際微生物提供物質保障。作為回報，這些微生物也會提供形形色色的服務來幫助植物生長。科學家試圖用經濟學原理去分析和解釋這種「地下交易」模式。

對根際交流所涉及的化合物進行分析，可以發現小到像擬南芥這樣的植物都能向土壤中釋放100多種化合物。

植物可以通過纏繞的根網來和鄰居交流，還通過根來哺育後代，或是維持樹樁的生命。當受到威脅時，比如乾旱或者病害，植物可以通過根來交換信息。

3.記憶與數數

交流也許是植物最重要的信息處理功能，但絕對不是唯一的。佛羅倫薩大學的Stefano Mancuso將可憐的含羞草反覆地往地上摔。被摔過60次之後的含羞草竟也「麻木」了，再摔葉子也不會收縮了。這個記憶甚至可以保留長達1個月的時間。同時，它對其他形式的「驚擾」依然保持敏感，例如觸碰或者搖晃。這說明，植物可以記住某類事件，甚至還學會了去忽略。另有研究人員用研究動物行為的方法來分析植物的記憶，發現在光照不足的環境下，植物的學習和記憶能力會提高很多。這一點跟我們考試前爭分奪秒抱佛腳的狀態很是雷同啊。

維納斯捕蠅草絕對是植物界的智慧女神雅典娜，因為它竟然會數數。在維納斯捕蠅草捕蟲夾的內表面上，分布著好幾根剛毛。在剛毛被碰觸時，捕蠅草就開始計數了。捕蠅草會根據收到刺激信號來做出反應。當剛毛被碰到1次時，捕蠅草也會思考這是不是偽信號，所以並不會急著做出反應。在15-20秒內，當剛毛被碰到第二次後，捕蠅草就會立即行動，瞬間關上捕蟲夾。在關閉捕蟲夾後，獵物掙扎時觸碰剛毛次數越多，捕蠅草就會分泌越多的酸液和消化酶，直至獵物被完全消化。這種反應方式可以使植物不會因為錯誤的信號而浪費能量。

圖3：會數數的捕蠅草在感知到5次觸碰後開始消化「獵物」。（圖片來自：Laura Dottori）

究竟是「桃李無言」還是「落花有意」，植物到底有無意識和情感，目前還無法給出確定的答案，但肯定的是，植物沒我們想像的那麼簡單。現在的你，了解了嗎？相信有更多的觀察與研究，我們也可以擁有所羅門王的指環，無障礙了解植物們的對話啦！

參考文獻：
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（責任編輯陳曉雪）

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