漫談植物世界的嗅覺

梁微

【摘要】植物有沒有嗅覺等感覺，一直是一個頗具爭議的話題。以寄生植物田野菟絲子為例，通過一系列實驗證明植物在激素的調(diào)控下，不僅具有嗅覺，而且通過嗅覺，寄生植物可以選擇自己“心儀”的寄主，而且可以起到“預(yù)警”等社會交往功能。

【關(guān)鍵詞】植物嗅覺田野菟絲子激素

長期以來，人們一直認為植物自身沒有嗅覺、觸覺等感覺，并認為“植物的觸覺、味覺、嗅覺等特征是相對于人的感覺而言……是（人類）長期與植物近距離打交道時所產(chǎn)生的感覺?！比缰袊旁娫~中所云：“彈壓西風(fēng)擅眾芳，十分秋色為伊忙。一枝淡貯書窗下，人與花心各自香?！庇兄袊鴮W(xué)者也直言不諱：“科學(xué)研究還沒有明確證據(jù)證明植物自身有感覺?！比欢?，美國特拉維夫大學(xué)植物科學(xué)中心的丹尼爾博士在其著作《一株植物所知道的》中指出，一株植物可以看到、聞到和感覺到。在談到植物的嗅覺時，他列舉了寄生植物菟絲子是如何依靠嗅覺尋找寄主和事物的。當然，有這樣觀點和發(fā)現(xiàn)的不止丹尼爾一人。近年來，許多的科學(xué)實驗已經(jīng)證明植物是有嗅覺的。當然，植物的這種嗅覺極其產(chǎn)生機能與我們?nèi)祟愂澜鐚π嵊X的認知并不完全相同。

甜菜菟絲子（cuscuta）是一種有著細長黃色枝蔓的植物，能長至三英尺高，花成白色，有五朵花瓣，“種子萌發(fā)并纏繞到寄主后即生長出吸器，一方面，借助吸器固著寄主，吸收寄主的養(yǎng)料和水分；另一方面，也給寄主的輸導(dǎo)組織造成機械性障礙。”在我國廣東有著廣泛的分布。通常被稱為菟絲子（dodder），但是不同于菟絲子的是，甜菜菟絲子沒有葉子。此外，因為缺乏葉綠素，甜菜菟絲子沒有常見的綠色外表。眾所周知，葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，是一類含脂的色素家族，位于類囊體膜。葉綠素吸收大部分的紅光和紫光但反射綠光，所以葉綠素呈現(xiàn)綠色，它在光合作用的光吸收中起核心作用。作為一種寄生植物，甜菜菟絲子主要從其身邊的其它植物那獲取自身的食物。通常，它會把自己附著于一種宿主植物，然后將附屬絲吸附在宿主的維管系統(tǒng)中吸取養(yǎng)分。令人稱奇的是，甜菜菟絲子竟然有自己“飲食偏好”。換言之，它對宿主具有選擇性。正如有學(xué)者指出：“該植物不僅對氣溫特別敏感，而且對寄主的種類、部位也有明顯的選擇”。

和其它植物的種子一樣，甜菜菟絲子的種子也會發(fā)芽。新長出的嫩芽伸至空中，新生的根部鉆入泥土。但是，如果不能很快地找到宿主以獲取養(yǎng)分，幼芽時期的菟絲子將會死去。隨著菟絲子的幼苗不斷地成長，它的莖尖部呈環(huán)形伸展，好像在探尋周圍的環(huán)境。菟絲子的這些圈狀莖葉的蔓延看似漫無目的，但是只要它周邊有任何一株植物，那么它的彎曲、伸展、旋轉(zhuǎn)則立刻變得極具方向性——它的一切生長都朝著能給予它滋養(yǎng)的植物方向開展。這也就是我們常說的“植物的向性運動（Tropic Movement）”——植物對外界植物中的單向刺激而引起的定向生產(chǎn)運動。舉例來說，如果菟絲子的周邊有一株西紅柿，那么它的所有生長都是為了最終找到這棵西紅柿。但是，菟絲子并沒有觸碰西紅柿的葉子，而是沉下其莖葉，并不斷延伸，直到它發(fā)現(xiàn)了西紅柿的根莖。最后，菟絲子的莖葉攀附在西紅柿的根莖上，并緊緊纏繞，繼而從接觸宿主的部位伸出尖刺，戳入宿主的韌皮部，吮吸糖分，不斷生長，直至開花。

賓夕法尼亞州立大學(xué)昆蟲學(xué)家康斯薇洛·莫拉斯曾經(jīng)做過這樣的實驗：她將空罐子和裝有人造植物的罐子放在菟絲子的周圍，探尋菟絲子是如何定位它的“獵物”的。結(jié)果，她發(fā)現(xiàn)無論她將西紅柿放在光線充足的地方還是陰暗的地方，菟絲子從來朝著那些罐子或是裝有人造植物的罐子的分方向生長；相反，菟絲子很堅定地朝著西紅柿的方向生長。莫拉斯當時大膽地假設(shè)認為菟絲子能夠聞到西紅柿的味道。為了驗證其假設(shè)的合理性，莫拉斯和她的學(xué)生們將菟絲子放入一個密封箱中的罐子里，再將西紅柿放入另一個密封的箱子里。兩個箱子由一根管子連接，管子的一頭插入裝有菟絲子的箱子。這樣，兩個箱子之間的空氣可以自由流動。被隔離地菟絲子仍然朝著管子的方向生長，這充分說明，西紅柿散發(fā)出菟絲子喜歡的氣味，而這種氣味順著管子飄到了裝有菟絲子的箱子里。

莫拉斯又取材西紅柿根莖制成低純度的西紅柿香水，接著把蘸有此香水的棉簽放在菟絲子旁邊的罐子里。作為對照組，莫拉斯用棉簽蘸上用于制作西紅柿香水的溶劑，同樣置于菟絲子旁邊的罐子里。正如所預(yù)料的那樣，莫拉斯誘使菟絲子朝著散發(fā)著西紅柿氣味的棉簽方向生長，而不是朝著散發(fā)著溶劑氣味的棉簽方向生長。莫拉斯進一步的研究也發(fā)現(xiàn)，如果將西紅柿和小麥置于離菟絲子等距離遠的兩個不同的罐子里，菟絲子依舊會選擇朝著含有西紅柿的罐子方向生長。西紅柿和小麥在化學(xué)成分上非常相似，都含有β-月桂烯，一種具有令人愉快的、清淡香脂香氣的無色或淡黃色液體。這種易揮發(fā)的化合物本身就能夠?qū)е螺私z子朝著它所在的方向生長。但是，為什么菟絲子最終選擇了西紅柿，而不是小麥呢？為何會出現(xiàn)這種選擇上的偏好？一種假設(shè)就是西紅柿散發(fā)出的氣味的復(fù)雜性。因為，除了β-月桂烯，西紅柿還散發(fā)出兩種吸引菟絲子的氣味，形成了一種菟絲子無法抵制的香氣。相比之下，小麥只是含有一種誘使菟絲子的芳香。此外，小麥散發(fā)出的Z-3-甲基丁酸令菟絲子覺得難聞。

1983年，美國華盛頓的兩位科學(xué)家戴維·洛茲和戈登·奧利恩斯發(fā)表了一項與植物交流的重大發(fā)現(xiàn)，徹底改變了我們對從柳樹到利馬豆等幾乎所有植物的看法。在這個發(fā)現(xiàn)里，兩位科學(xué)家聲稱樹木之間會相互示警，以防食葉性昆蟲的襲擊。他們還注意到，如果一些柳樹已經(jīng)遭到毛毛蟲的侵擾，樹干上布滿了毛毛蟲，那么這些柳樹周邊的其它柳樹收到毛毛蟲侵擾的可能性就會明顯降低。這些生長于受浸染的柳樹旁邊的健康的柳樹之所以能夠?qū)γx具有抵抗力，是因為這些樹的樹葉上含有苯酚和單寧酸。這些物質(zhì)的存在使得毛毛蟲覺得樹葉不那么可口。由于科學(xué)家無法斷定受損的樹和完好的樹之間有沒有物理上的聯(lián)系。換言之，這些樹之間是否有共同的根本或者是他們的枝干是否交織。因此，洛茲認為，受到毛毛蟲侵擾的柳樹肯定聽過空氣向健康的柳樹傳遞一種信息素。通俗地說，就是收到害蟲侵襲的樹對其尚未收到侵擾的鄰居發(fā)出警示：“注意！保護好自己！”其實，“植物對周圍環(huán)境變化的反應(yīng)都要求植物具備完整的調(diào)控系統(tǒng)……而植物激素就是在這種調(diào)控系統(tǒng)中其決定作用的一系列信號傳遞分子?！眅ndprint

美國馬薩諸塞州達特茅斯大學(xué)的研究人員也有類似的發(fā)現(xiàn)。他們研究的對象是生長在密封的普列克斯玻璃瓶中（一種用聚甲基丙烯酸甲酯制成的固態(tài)透明塑料）的白楊和糖槭的幼苗。我們知道，“在靜息空氣中，植物散發(fā)的氣味分子……形成一個球形的活動區(qū)間，而在流動的空氣中，這個活動區(qū)間是半橢球形的?！痹趯嶒炛?，研究人員使用了兩組不同的籠子。第一組籠子中含有兩類不同的樹：有兩片樹葉裂成兩半的十五棵樹和樹葉完好無損的十五棵樹。第二個籠子里是對照組，里面的樹都是無損的。兩天后，受損樹木的剩余的樹葉含有抑制毛毛蟲生長的化學(xué)物質(zhì)呈增加趨勢。對照組中的樹木無此現(xiàn)象。研究人員對此指出受損的樹木，無論是在試驗中故意撕裂樹葉的，還是受到食葉類昆蟲侵擾的，都通過空氣發(fā)出信號。正是這種信號促成了受損樹木與未受損樹木之間的交流。這種交流的結(jié)果是后者（未受損的樹木）采取措施抵御即將來到的蟲類侵蝕。

有學(xué)者指出：“每一種植物釋放到空中的氣體物質(zhì)……是一些列組成相當復(fù)雜的混合物?！痹谶^去十年，關(guān)于植物通過氣味進行交流的現(xiàn)象接二連三地在很多植物上體現(xiàn)出來，如大麥、蒿屬植物、以及赤楊。這種植物受到其鄰居通過空氣傳遞的化學(xué)信號的影響的現(xiàn)象已經(jīng)成為了廣為接受的科學(xué)范例。但是，植物真的能夠彼此相互交流（警告即將來到的危險）嗎？或者說，那些健康的植物僅僅是意外聽到了受感染的植物的自言自語？對此問題，墨西哥科學(xué)家馬丁·黑爾和他的團隊在過去幾年一直致力于通過研究野生利馬豆，以期進一步探索植物能否交流這個問題。科學(xué)界一般認為，當利馬豆被甲蟲吞食的時候，它會產(chǎn)生兩種反應(yīng)。被昆蟲吞食的葉子釋放出揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的混合物到空中，花則產(chǎn)生花蜜以吸引吃甲蟲的節(jié)肢動物。黑爾和他的同事將遭到甲蟲侵蝕的利馬豆放置在與甲蟲隔離的植物的旁邊，并且監(jiān)測不同葉子周圍的空氣。他們一共選取三種不同植物的四片葉子：對于被甲蟲侵蝕的單一植物，黑爾選取兩片葉子，一片已經(jīng)遭到甲蟲啃食，一片還沒有；第三片葉子選自臨近的尚未受到甲蟲侵蝕的葉子；第四片葉子選自與甲蟲和受侵擾植物沒有任何接觸可能的植物。通過氣象色譜圖/質(zhì)譜分析這種高端科技手段，他們發(fā)現(xiàn)每片葉子周圍都有易揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)。

黑爾發(fā)現(xiàn)，同一株植物上被啃食和健康的葉片散發(fā)出的氣體含有本質(zhì)上一致的易揮發(fā)性氣體。反之，對比組樹葉周圍的空氣中卻沒有這些氣體。此外，與甲蟲成災(zāi)的植物為鄰的利馬豆上健康的葉子也含有同樣的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)。健康的植物也同樣不易受到甲蟲的啃食。雖然如此，黑爾仍然不確信受損的植物可以和臨近的植物對話，警告它們將面臨的昆蟲侵擾。他的提議是臨近的植物肯定在針對內(nèi)信號進行一種的嗅覺的“偷聽”，這種內(nèi)信號正是為同一植物上其它葉子而服務(wù)的。

于是，黑爾對他的實驗方案進行的簡單但是較為靈巧的調(diào)整，以驗證他的假設(shè)。他把兩株植物緊挨著擺放，但是把受到侵擾的葉片有塑料袋密封起來，時間長達24小時。當他在第一次實驗檢測同樣的四種類型的葉片時，結(jié)果是不同的。雖然受侵擾的葉片仍然散發(fā)出與之前相同的氣體，同一枝條上其它的葉片以及鄰近枝條上的葉片現(xiàn)在和對比組植物的葉片一樣。黑爾和他的團隊將包圍著受侵擾的葉片的袋子打開，并且在一臺小型的換氣扇的幫之下，他們將空氣往兩個方向的其中一個方向吹：要么就吹向鄰近枝條上最上面的葉子或是最遠的葉子。他們檢測從處于莖部上端的葉子散發(fā)出的氣體，然后再檢測他們產(chǎn)生出多少的花蜜。在空氣不斷吹動下的來自受侵擾的葉片開始散發(fā)出同樣的氣體，也產(chǎn)生花蜜。那些沒有暴露在空氣中的受侵擾的葉子沒有變化。

這個結(jié)果極具意義，因為它揭示了從受到侵擾的葉片中發(fā)出的氣體對于同株植物是非常必要的，因為它能保護同株植物上的其他葉片不受侵害。換言之，當一片葉子受到昆蟲或是細菌的侵害時，它會釋放出氣味。這些氣味可以保護他們免受即將到來的侵害。在這一點上，有點像中國古代的烽火。中國古代在邊境建造的烽火臺，通常臺上放置干柴，遇有敵情時則燃火以報警——通過山峰之間的烽火迅速傳達信息，可以警告臨近的城市或關(guān)卡有敵來犯。臨近的植物捕捉（偷聽）到這種“嗅覺的對話”，就可以做好預(yù)防措施，保護自己。在自然界，這種嗅覺信號能夠持續(xù)至少好幾英尺遠的距離，具體遠近取決于不同的揮發(fā)性氣體的化學(xué)屬性。對于豆類植物而言，它們通常喜歡扎堆在一起。這樣的話，只要有一株有麻煩，其它的臨近植物就都知道了。

綜上，毫不夸張地說，植物確實能夠散發(fā)出芳香的氣味。夏季花園中的玫瑰花香，晚春季節(jié)剛剛除草后的草坪，或者夜間開放的茉莉花，它們都散發(fā)出各自獨特的味道。不用看，我們就知道水果何時可以食用；不用瞅，我們也可以輕松的察覺魔芋散發(fā)出的刺鼻的氣味。這些不同的氣味是動物植物之間復(fù)雜交流的手段。這些氣味引發(fā)不同的傳粉者去往不同的花朵，也可以令種子傳播者去拜訪不同的水果。人類也是如此。我們也是因為不同的花香而把花傳播到世界各地。但是，植物不僅散發(fā)出芳香氣味，他們還能嗅出其他的植物。雖然，植物沒有連接到大腦，并能解讀信號的嗅覺神經(jīng)，但是菟絲子等我們大自然中的許多植物都能對信息素做出相應(yīng)的反應(yīng)。植物能察覺空氣中的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，并把這些信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯矸磻?yīng)。這就可以被認為是嗅覺。

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