Cell：遭受胁迫的植物会在空气中发出声音

遭受胁迫的植物发出的声音是什么样的？有点像气泡膜被戳破的声音。在一项新的研究中，以色列特拉维夫大学的研究人员报告说，西红柿和烟草植物因遭受胁迫---比如脱水或茎部被切断---而发出的声音在音量上与人类的正常对话相当。这些声音的频率太高，我们的耳朵无法察觉，但它们可能被昆虫、其他哺乳动物以及可能还有其他植物听到。相关研究结果发表在2023年3月30日的Cell期刊上，论文标题为“Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative”。

论文通讯作者、特拉维夫大学进化生物学家和理论家Lilach Hadany说，“即使在安静的野外，实际上也有我们听不到的声音，而这些声音携带着信息。有的动物能听到这些声音，所以有可能发生了很多声学互动。”

尽管之前已经从植物中记录了超声波振动，但这是首次证实它们在空气中传播的证据，这一事实使它们与环境中的其他生物更加相关。Hadany说，“植物一直在与昆虫和其他动物互动，这些生物中的许多都使用声音进行交流，因此，对于植物来说，完全不使用声音是非常不理想的。”

这些作者首先在一个隔音室中，然后在一个更嘈杂的温室环境中，使用麦克风记录健康的和遭受胁迫的番茄和烟草植物。他们通过两种方法让植物遭受胁迫：几天不给它们浇水和切断它们的茎部。在对这些植物进行记录后，他们训练了一种机器学习算法，以区分未遭受胁迫的植物、口渴的植物和茎部被切断的植物。

他们发现，遭受胁迫的植物比未遭受胁迫的植物发出更多声音。这些植物的声音类似于啪啪声或咔嚓声，遭受胁迫的植物每小时以看似随机的间隔发出大约30～50次这样的咔嚓声，但未遭受胁迫的植物发出的声音要少得多。Hadany说，“当西红柿完全遭受胁迫时，它们非常安静。”

遭受水分胁迫的植物在明显脱水之前就开始发出声音，声音的频率在没有水的五天后达到顶峰，然后随着植物的完全干枯而再次降低。发出的声音类型因胁迫的原因而不同。机器学习算法能够准确区分脱水和茎部切断造成的胁迫，还能分辨出声音是来自番茄还是烟草植物。

虽然这项新研究的重点是番茄和烟草植物，因为它们在实验室中容易生长和标准化，但是这些作者也记录了多种其他的植物物种。Hadany尼说，“我们发现许多植物---例如玉米、小麦、葡萄和仙人掌植物---在遭受胁迫时都会发出声音。”

这些声音背后的确切机制尚不清楚，但是他们认为，这可能是由于植物的维管系统中气泡的形成和破裂，这一过程被称为空化（cavitation）。

植物产生这些声音是否是为了与其他生物交流也不清楚，但这些声音存在的事实有很大的生态学意义和进化意义。Hadany说，“其他生物有可能已经进化到能够听这些声音到作出回应。例如，打算在植物上产卵的飞蛾或打算吃植物的动物可以利用这些声音来帮助指导它们的决定。”

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.03.009。

其他植物也可能在倾听这些声音并从中受益。我们从以前的研究中知道，植物可以对声音和振动做出反应：Hadany研究该团队的其他几位成员先前已发现当植物“听到”传粉昆虫发出的声音时，它们的花蜜中的糖分浓度会增加，其他研究还发现，植物会改变它们的基因表达以作为对声音的反应。Hadany说，“如果其他植物在胁迫实际发生之前就有关于它的信息，它们就可以做好准备。”

这些作者说，植物的声音记录可用于农业灌溉系统，以监测作物的水化状态并帮助更有效地分配水。论文共同作者、特拉维夫大学的神经生态学家Yossi Yovel说，“我们知道外面有很多超声波---每当你使用麦克风时，你会发现很多东西会产生我们人类听不到的声音---但是植物发出这些声音的事实为交流、窃听和利用这些声音开辟了一条全新的途径。”

Hadany说，“所以如今我们知道植物确实发出了声音，下一个问题是---谁可能在听？我们目前正在研究其他生物，包括动物和植物，对这些声音的反应，我们也在探索我们在完全自然环境中识别和解释这些声音的能力。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Itzhak Khait et al. Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.03.009.