植物也有“互聯(lián)網(wǎng)”

鄧萬祥

雖然植物是沒有大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的生物，但它們并非只是靜靜地待在原地，它們之間也能相互交流。那么，植物是如何做到這一切的呢？

空中私語：植物之間有秘密“語言”

植物們不能舉行聚會，或是相約外出看電影，但它們同樣擁有自己的社交網(wǎng)絡(luò)。

隨著定時(shí)拍攝技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家通過問隔相同時(shí)間拍攝到的影像記錄觀察到，在茂密的叢林里，植物們搖曳身體，有時(shí)甚至相互扭打在一起，這些都是在進(jìn)行交流——森林里的幼樹之間為了鋪展根系和枝葉而爭奪空間；倒下的樹木為幼苗提供營養(yǎng)；藤蔓植物拼命纏繞住尋找到的樹干向上攀爬，以便獲得充足的陽光；野花在春天競相綻放出繽紛的花朵來吸引傳粉昆蟲……植物進(jìn)行交流的方式和過程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了影像記錄和我們的想象。如果要想知曉更多的植物的秘密，我們必須悉心觀察，細(xì)心傾聽。

每到秋天，成群結(jié)隊(duì)的灰蛾涌入斯堪的納維亞半島北部的樺樹林，在嫩枝上產(chǎn)下卵，這樣等到來年春天，孵化出的幼蟲就可以享受一場樺樹新芽“盛宴”了。這看上去像是一場勝負(fù)已定的戰(zhàn)爭，因?yàn)闃鍢錄]有任何大自然賦予的抵御武器，似乎命中注定就是輸家。但是，有些樺樹卻擁有秘密武器——和鄰近的斯堪的納維亞杜鵑花結(jié)成盟友。杜鵑花能散發(fā)出一種類似于殺蟲劑的化學(xué)物質(zhì)來驅(qū)逐害蟲，靠近杜鵑花生長的樺樹正是借助杜鵑花的氣味，將自己偽裝成有毒的杜鵑，以驅(qū)逐灰蛾的幼蟲。

在植物王國里相鄰的植物們“竊聽”彼此的“化學(xué)私語”——有的是無私的幫助，有的則是自私的侵害。如：斯堪的納、維亞杜鵑通過分享殺蟲化學(xué)物質(zhì)來幫助鄰居，而菟絲子則通過辨認(rèn)宿主散發(fā)的化學(xué)氣味來找到宿主并安家……不過，這些看不見摸不著的化學(xué)信號并不是植物之間傳播信息的唯_途徑，而在人們忽略的地表下，一個龐大的組織一直都在悄悄地進(jìn)行著迎來送往的工作。

地下秘聞：土壤中的菌幫植物傳遞信號

植物的根圍是了解植物有形“互聯(lián)網(wǎng)”的最佳地點(diǎn)。

根圍是指土壤中圍繞植物根系的一個區(qū)域。在叢林的地面下，每一寸泥土中都含有成千上萬的細(xì)小生物，這些細(xì)菌和真菌與植物的根系形成互惠共生的關(guān)系，其中最典型的就是菌根。

菌根是真菌與維管植物根系共生的結(jié)合體。在菌根結(jié)合體中，真菌附生在宿主植物的根系上，既有叢枝菌、根真菌等內(nèi)生菌根真菌，也有附著在根系外部的外生菌根真菌。對于土壤生態(tài)環(huán)境和土壤化學(xué)環(huán)境的建立來說，它們的存在至關(guān)重要。菌根與許多種類的植物的根系都能形成共生關(guān)系，在已檢驗(yàn)過的植物中，高達(dá)95%的家族擁有菌根共生結(jié)合體。

最新研究揭示，菌根菌絲將許多樹木的根系連接在了一起，而且這些樹木不止一個種類。菌根菌絲形成的獨(dú)特網(wǎng)絡(luò)就在我們的腳下蔓延。那么，它們能對植物起到多大的作用呢？

科學(xué)家通過追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水分和養(yǎng)料會從營養(yǎng)過剩的樹木通過菌根網(wǎng)絡(luò)流向營養(yǎng)不足的樹木。2009年的一項(xiàng)研究認(rèn)為，年長：的花旗松通過菌根網(wǎng)絡(luò)向周圍年幼的花旗松輸送碳和氮，越靠得近的小花旗松越能享受到這一資源，而且長得越好。這也就是科學(xué)家為什么不贊同將森林里年老的樹木移走的原因，因?yàn)檫€有其周圍的幼樹通過相連的菌根依靠爺爺輩的老樹供養(yǎng)。

除了分享養(yǎng)料，菌根還能讓植物分享信息。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，植物能對空氣中傳播的防御信號作出反應(yīng)。當(dāng)其他植物遭受攻擊時(shí)，會產(chǎn)生有毒化合物，同時(shí)刺激鄰近的植物做好防御準(zhǔn)備。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員想知道能在空中傳播的化學(xué)警報(bào)是否也能在地下傳播，他們選擇了一些在根系間已經(jīng)形成菌根網(wǎng)絡(luò)的番茄做實(shí)驗(yàn)。他們首先在部分密封的容器里添加致病菌，對生長其中的番茄進(jìn)行侵害，然后與生長在旁邊的對照組進(jìn)行對比檢測，旨在了解如果阻斷了空氣中的信息交流，患病番茄能否通過地底下的菌根網(wǎng)絡(luò)將受到侵害的信息傳遞給健康的番茄。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了研究人員的推測：沒有接收到任何空氣中傳播來的信息的健康番茄開始產(chǎn)生防御敵害的化學(xué)物質(zhì)，這說明植物之間的確能通過菌根網(wǎng)絡(luò)來傳播警報(bào)信號。

識親認(rèn)故：植物能識別自己的同類成員

另有研究發(fā)現(xiàn)，植物能識別自己的同類成員，它們有時(shí)能聯(lián)合起來為共同利益而工作。

科學(xué)家將兩株蓼屬植物分別栽種在同類蓼屬植物和藍(lán)禾草的近旁，然后向兩株蓼屬植物噴灑茉莉酮酸甲酯，以模擬一場攻擊（許多植物在受到侵害時(shí)都會釋放茉莉酮酸甲酯這種化學(xué)物質(zhì)）。奇妙的是，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，蓼屬植物的反應(yīng)完全取決于它們的鄰居是誰：與自己同胞種植在一起的那株蓼屬植物，其葉片上立即產(chǎn)生毒素以增強(qiáng)防御并警告同胞：而與異族藍(lán)禾草種植在一起的那株蓼屬植物卻沒有產(chǎn)生毒素，而是自顧自地加快了莖葉的生長速度。

分析認(rèn)為，出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象是因?yàn)樵谵僦参镌沫h(huán)境中，茂盛的植物群落往往會吸引一大群昆蟲前來飽餐一頓。如果蓼屬植物是和同胞生長在一起的，它們就會向同胞發(fā)出警報(bào)信號，讓集體成員共同御敵；如果它們的身邊只有藍(lán)禾草那樣的異族，那么它們就會選擇將麻煩留給異族鄰居，而自己則集中精力加快生長，以求在侵害中盡可能地存活下來。

這也解釋了為什么蓼屬植物是一種侵略性很強(qiáng)的物種?？茖W(xué)家至今還不清楚的是，植物究竟是如何識別自己同胞的。不過，這個關(guān)于植物具有很強(qiáng)的“家庭觀念”的事例引起了學(xué)界的深入探討。

2007年，加拿大科學(xué)家蘇珊·達(dá)德利發(fā)表了一篇論文，論文討論了植物識別和照顧近親緣植物的首個例證。蘇珊的研究對象是美洲海南芥，這是一種生長在北美五大湖岸邊的開花灌木。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海南芥和異族植物被種植在同一個花盆里時(shí)，海南芥毫不猶豫地伸展根系，盡可能多地吸收水分和養(yǎng)料；而當(dāng)海南芥被移栽到近親植物的花盆里時(shí)，海南芥表現(xiàn)出一種自我抑制——阻止自己饑渴的根系與同胞爭奪資源；當(dāng)海南芥、異族植物，以及親緣植物被栽種在同一個花盆里時(shí)，海南芥的根系生長就表現(xiàn)出既不爭奪也不自我抑制的一種平和狀態(tài)。

蘇珊的實(shí)驗(yàn)不僅表明了植物具有親緣選擇的能力，也揭示了它們并非通過釋放化學(xué)物質(zhì)到空氣中來進(jìn)行這種識別的。讓人意想不到的是，它們甚至也不是通過菌根網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行親緣識別的。進(jìn)一步研究證明，這些識別信號是以一種分泌液的形式表達(dá)出來的，這種分泌液由植物的根系產(chǎn)生，包含苯酚、類黃酮、糖分、有機(jī)酸、氨基酸和蛋白質(zhì)等復(fù)雜成分。

親緣選擇符合進(jìn)化論的基礎(chǔ)理論，因?yàn)樗黾恿藗€體與其同胞分享基因的機(jī)會，并能將這些基因遺傳給下一代。

能夠識別同胞，并以抑制個體的利益來確保集體的利益——這看上去的確是親緣選擇，但科學(xué)家仍然存有疑問：這種行為真的能提高親緣植物存活的概率嗎？帶著這個疑問，科學(xué)家著手研究一種生長在荒漠中的蒿屬類植物，它們能釋放一種酒香味來驅(qū)趕昆蟲?？茖W(xué)家剪去一株植株的葉子采模擬一場侵害，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果在這株植物周圍生長的是它的同胞，它就會迅速長出更粗硬的枝條來抵御侵害；如果在它周圍生長的只是異族，它就沒有反應(yīng)。在接下來的五個月里，這株植物的繁殖遭受毛蟲、蝗蟲和鹿的侵害的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生長在異族包圍下的同類。

科學(xué)探索：利用植物密語發(fā)展農(nóng)業(yè)

研究植物的相互作用和親緣選擇，不僅增加了人們的植物學(xué)知識，更引起了農(nóng)學(xué)家的注意，因?yàn)檫@些研究對發(fā)展農(nóng)業(yè)來說具有潛在的應(yīng)用性。一個最明顯的應(yīng)用領(lǐng)域是農(nóng)作物的間作，比如將兩種或兩種以上生長季節(jié)相近的農(nóng)作物間隔種植，讓它們相互幫助，如驅(qū)趕害蟲、吸引傳粉昆蟲和促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的攝取等。這種古老的農(nóng)業(yè)技術(shù)最初是依靠反復(fù)試驗(yàn)、糾錯和密切的觀察而形成的，如今已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中取得了一定的成效。

例如，豆類能穩(wěn)固氮元素，幫助鄰近農(nóng)作物的生長。早在15世紀(jì)歐洲人抵達(dá)美洲大陸時(shí)，他們就發(fā)現(xiàn)美洲土著用玉米作為豆類的天然搭棚架。

而現(xiàn)代關(guān)于植物相互作用的知識啟發(fā)人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)更新更微妙的植物之間的關(guān)系，來幫助人們克服現(xiàn)代農(nóng)業(yè)單一耕種的主要缺點(diǎn)，因?yàn)橐环N單一的病原體就能毀掉整片基因相似的農(nóng)作物，導(dǎo)致農(nóng)民為了解決問題而大量使用農(nóng)藥。如果一望無際的玉米田或小麥田能被多種互利的農(nóng)作物間作所取代，呈現(xiàn)出如同熱帶雨林般各種植物聯(lián)合御敵的景象，人們也許就能和農(nóng)藥說再見了。

此外，科學(xué)家還有一個推斷：農(nóng)田間的水分和肥料并不總能分布均衡，如果能培育或者鼓勵農(nóng)作物間菌根網(wǎng)絡(luò)的生長，也許就能讓農(nóng)作物自己進(jìn)行養(yǎng)料分配。科學(xué)家建議農(nóng)民在灌溉和施肥的時(shí)候不要過度干擾和破壞纖弱的菌根網(wǎng)絡(luò)。不過很明顯，人們還沒有知曉發(fā)展這一技術(shù)的全部信息，接下來科學(xué)家要做的就是采用更先進(jìn)的技術(shù)來觀察根系之間究竟發(fā)生了什么事情。