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听,植物也说悄悄话

2020-08-18

农村青少年科学探究 2020年5期
关键词:化学物质乙烯树木

俗话说“人有人言,兽有兽语”,那植物呢?植物真得就如我们看到的那般沉静,老死不相“交流”吗?其实不然!语言并不是人类的专属。已有科学研究证明,看上去“安静生长”的植物,它们之间也有丰富多彩的“语言”交流,只不过它们的“语言”不仅仅是我们所说的声音。一项由中、德、英三国学者共同参与的最新研究发现,相邻植物可以通过根部释放的化学物质互相“对话”。这项研究进一步揭示了植物间多种多样的交流方式。之前就有科学研究发现,植物之间可以通过化学物质产生的气味、电信号进行信息交流,还能通过一种能量进行交流。这种能量是微弱的光,它可以被测量出来,人们甚至可以通过“剩余能量放大器”使这种光转变成人可以看得见的光。

科学家也一直在寻找有效的方式,让人类能参与到植物对话之中。微软研发团队进行了一项名为“Florence 计划”的项目,研究人员正是利用了植物会对周围环境(如光频)做出反应,并释放出电子和化学信号这一特性,旨在“创造一场与自然界的全新对话”。

研究人员首先将平板电脑与植物连接,然后输入想要表达的信息。输入的文字会传输并储存在微软云服务平台中。随后,云服务就使用自然语言处理技术,把输入文字所包含的情感系统分析并转换为光学信号,从而能向植物传递不同的感情。比如,温暖、友好的情绪将转换成红光,这是因为红光能促进植物成长开花。这时候,传感器也将收集到一系列植物思考的依据,包括叶子是否放出了防御信号、土壤是不是变得干燥等,从而了解植物对人类感情的回应。最后,根据与植物底部相连接的一台小型打印机,我们就能看到植物的“回复”。

你一定会好奇微软花费这么多精力做这项研究目的是什么,肯定不是单纯为了让植物陪我们聊天。其实,“Florence 计划”是为了能够在农业领域催生新的发明,从而在早期发现植物病虫害等现象。这样一来,我们就可以使用更少的农药。另外这种技术还让人们去学习研究太空中植物的适应性以及不同的行为。正如工作人员所说,“Florence 计划”只是人类与自然连接互动的第一个实例而已。我们希望今后不仅能阅读植物的传感器信号,还能发送信号并刺激植物内部交流。这样我们就能帮助它们以更自然的方式适应这个世界。如果以后我们能和植物自由对话,我们可能再也不会孤独。

在一片柳树林中,一旦某一棵树遭受虫害,其新叶中的石炭碱的分泌量就会大量增加,从而保护自己减少虫害,这是我们能够理解的—种适者生存的自然现象。奇怪的是,在这棵遭受虫害的柳树周围约70 米范围的其他柳树叶片中的石炭碱含量,均有不同程度的增加,而且越靠近被害之树,叶片中的石炭碱浓度越高。它们是通过何种方法来传播“预警信息”的呢?经过多方面的研究,科研人员发现,受害的树所释放的乙烯,要比正常情况下多得多,由此认为传递“语言”的物质很可能是乙烯。乙烯通过风的媒介作用,给邻近的柳树发出危险及预防信号,使其各自采取防卫措施。一旦槐树的树叶被羚羊或长颈鹿吃掉,这时,槐树会产生有毒的苦味物质。不仅被吃掉的槐树的树叶会产生这种物质,周围所有的槐树接到预报也都争先恐后释放出毒素。南非比勒陀利亚大学的动物学家也发现这一类似现象:当金合欢树遭到动物取食时,叶片中的单宁酸含量就会直线上升,其毒性足以使取食者丧命。同时,它还通过空气释放一种气体,使周围45米以内的金合欢树都能接到信号,在5分钟~10分钟内产生大量单宁酸,迎战来犯之敌。

许多科学家认为,植物各器官可以通过自身发出的电信号传递信息,进行“电话交流”。实际上,早在1873年,就有科学家用实验方法检测到捕蝇草体内的电流产生,证实了“植物电”的存在。随后,不少科学家采用一系列物理和化学刺激,在食虫植物、感震植物、攀缘植物和非敏感植物中发现了电信号。英国科学家研制出一种植物探测仪,把这种仪器的一根引线与植物的叶子连接,通过电子翻译器,便可在耳机内清晰地听到植物在“说话”。比如,在光照良好或雨露滋润时,植物发出的“声音”清脆悦耳;在刮大风或干旱的天气里,植物则会发出低沉的“叫声”。植物学家发现,在干旱季节,某些缺乏水分的树木,仿佛在低声呼喊:“水!水!水!”可惜听到这种呼喊的并不是树木的朋友,而是树木的敌人,也就是那些专靠咬树为生的小蠹虫。听到树木如泣如诉的喊叫以后,小蠹虫立即就判断出哪些树木最惧怕干旱,哪些树木最缺乏抗旱能力,于是它们便向那些树木发起进攻。不过,昆虫学家们认为,也可以利用这—特点来同专门危害树木的害虫作斗争。因为只需复制出一种频率与树木“说话”相同的超声波就行了,小蠹虫肯定会上圈套的。

波恩大学的科学家弗兰克·朱利曼则不仅证实了植物语言的存在,还研制出了能够探听植物语言的激光驱动麦克风。当植物的叶子或根茎被切开时,植物就会发出痛苦的声音信号:在整个切面释放出乙烯气体。弗兰克·朱利曼一直在用钟形玻璃容器收集这种气体。用这种气体的分子轰击标准激光束,产生振动,形成麦克风能够探听到的声波。植物受到的压力越大,麦克风收到的声音信号就越强。现在,日本科学家成功地将植物电流转换成了和谐的音乐。他们采用改进的人体电脑检测仪器,将测到的植物体内的电位差输入电脑,再利用处理杂音的音程转换软件,把植物的微弱电流先变成声波,后改编成音乐。

近年来,科学家又发现,植物通过“电话交流”,可有选择地将外界信息输入体内,促进自身的生长发育。德国科学家进一步证实,有的植物可以通过高频声音“说话”,只是由于频率太高,人耳听不见罢了;另一些植物则通过极微弱的光来传递信息。这种微弱光,人眼难以觉察,但仪器却可以测出。德国生物学家赫伯特·威茨教授宣称,已经破译了包括洋槐、梧桐等10余种树木的“语言”。他指出,不同树种的语言风格也不尽相同,如橡树、山毛榉、杉树较为风趣,而马尾松较为朴实。这也解释了为何—株合欢树在被野羊啃食后,周围同类树的叶子中会很快产生苦味,以及为何当一株橡树被砍伐后,其余橡树即会产生更多的种子等现象。如此看来,我们原先认定的“平静”的森林,实际上并不平静。

相邻植物可以通过根部释放的化学物质互相“对话”。这种由化学物质主导的“交流”,可以改变植物生长的微环境,调节养分供给,甚至影响产量。

领导这一研究的中科院南京土壤研究所研究员孙波介绍,植物根系从土壤中汲取生长所需的养分,同时释放化学物质。这些化学物质改变了原来土壤里的水、气、生物等微环境,这些改变很可能对周围其他植物也造成影响。此次,科研团队选取了中国南方耕地经常相邻种植的花生和木薯,来具体研究植物间的化学信号怎样相互影响。

研究人员发现,木薯根部会向土壤中释放出一系列液态和气态的氰化物,邻近的花生感知到这些物质,会相应释放出气态分子乙烯。在乙烯影响下,花生植株会主动缩减地上部分的繁茂程度,优先保证果实的养分供给。同时,乙烯还能作为“召集信号”,聚集土壤中的有益微生物到花生根部,提高氮、磷等有效养分的吸收率,以进一步提高花生果实的饱满程度和产量。

“这项研究告诉我们,植物根部释放的化学物质,或许是不同植物间‘交流对话’的关键。搞清这些‘化学对话’如何进行,就有机会解开更多植物的‘生长密码’,也帮助人类更加科学有效地种植农作物。”孙波说。

毫无疑问,破译植物的语言,不仅对于植物生理生态的研究具有重大的理论价值,在实践生产中也将具有诱人的应用前景。科研人员相信,破译植物的语言必将对农业生产产生重要作用。例如运用波恩大学的研究成果,给农民配备合适的窃听装置,农民就能区分健康与患病的蔬菜或其他农作物。通过探测植物的声音可以形成预警机制,随时探查植物病虫害的情况。另外了解水果和蔬菜的语言还有助于储藏和运输。

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