竞技宝JJB官网入口受到压力时,植物也会“说话”——它们产生的振动能通过空气传播,发出的音量甚至与人类说话相当。当然,由于频率过高,这些无法被人耳直接听见,但不少昆虫,蝙蝠、老鼠等哺乳动物以及其他植物都能听见植物的“呼唤”。
科学家已经观察到,植物在受到压力时,会表现出一系列变化:它们可以改变颜色与形态;还能释放挥发性有机化合物,向周围的同伴发出防御信号。此外,还有研究检测到植物也会产生振动。例如在干旱压力下,植物的木质部里出现气泡,气泡破裂时就会引起振动。但这类振动似乎仅局限在植物内部,从没有研究发现这些振动会通过空气传播,也就是形成被其他生物感知的声音。
在最新研究中,由以色列特拉维夫大学演化生物学家Lilach Hadany博士领导的研究团队结合实验室观测与人工智能分析,对这一问题展开了探索。
研究团队分别在安静的隔音室和相对嘈杂的温室中,使用麦克风对番茄和烟草植物可能发出的声波进行记录。为了尽可能提升结果的可信度,研究同时使用两支麦克风进行记录。它们被放置在距离植物10厘米的地方,可以记录20-250千赫兹(KHz)的声音——相比之下,人耳最高只能检测到16 KHz的声音,因此实验装置可以在人耳力所不及的段进行探测。
研究团队设置未受压力的健康植物作为对照组,而实验组的植物又被分为两组,分别遭受不同的压力:几天不浇水的干旱压力,以及剪掉茎的生理损伤。
结果,麦克风记录下植物能够在20-100 KHz的频率范围内通过空气传播声音——正如开头听到的那样,类似于爆裂声或咔嗒声。这也是首次有研究发现植物能自主发声。
其中,压力是促使植物发声的主要因素。相比于无压力的健康植物,在压力下植物发出了明显更多的声音。压力下的植物每小时会随机发出30~50次这样的声音,相比之下,无压力植物平均一小时也发不出一声。“不受压力的情况下,这些番茄非常安静。” Hadany博士说。尽管麦克风距离植物只有10厘米,但结合麦克风记录的声压以及动物的听力阈值等因素,研究团队计算出,这些声音至少可以被3-5米外的动物听见。
伴随着压力的变化,植物发声频率的变化也得到展现。例如,缺水的植物在明显的干旱之前就开始出声,频率在5天后达到峰值;随后,植物逐渐干枯,声音也逐渐减少。而一旦具体到每小时的声音频率变化,我们会发现频率与植物的蒸腾速率有关。
除了这两种模式植物,研究还记录下玉米、小麦、葡萄、仙人掌等其他植物在遭受压力时,同样会发出声音。
在明确“听”见植物发出的声音后,接下来的问题自然是,这些声音是如何发出的?它们仅仅是无意义的信号,还是蕴藏了能够被其他动植物理解的信息?
对于第一个问题,这项研究尚且无法给出确切的解答,但提出了潜在的机制:正如过往研究观测到的那样,竞技宝JJB官网入口这些咔嗒声可能是植物的维管组织中气泡形成后破裂所发出的。一个支持性的证据是,植物导管直径更大时,其发声的频率较低。
而对于声音所蕴含的信息,这项研究也发现了一些线索。研究团队训练了一种机器学习算法,对麦克风记录的结果进行分析。竞技宝JJB官网入口结果,机器学习算法能精准区分出干旱植物、被剪切的植物以及健康植物所发出的声音;同样,来自番茄和烟草植物的声音也能被辨别出来。
因此研究团队猜想,对周围的其他生物来说,这些声音或许具有重要的生态和演化意义。例如对于与植物交互的动物,无论是想要吃掉植物的动物,还是打算在植物上产卵的飞蛾,有可能根据植物的声音来判断植物的健康状态,从而指导自己的行为。此外,其他植物也有可能从声音中获益:就像是接收到挥发性化学信号一样,植物或许也能从同伴的声音信号中读出潜在的危险,从而采取适应性举措。当然,还需要有更多深入研究来验证这些潜在的信号交流。
无论动植物界的秘密交流是怎样的,这项最新发现在人类的农业生产中可是有着巨大的应用潜力。例如,人们可以借助算法对植物进行“听诊”,从声音中辨别出植物的干旱等压力信息。以植物发声为起点,一条通往精准农业的道路曙光初现。
“在这项研究中,我们解决了一个非常古老的争论,证明了植物也可以传播声音,竞技宝JJB官网入口” Hadany博士说,“我们相信,只要有合适的工具,人类也可以利用这一信息,例如通过传感器告诉种植者作物何时需要浇水。显然,鲜花盛开的田园世界也可以是十分喧嚣的,只是我们听不见。”