植物会沟通，“说”得还不少附：植物的小暖炉

音流瑜伽研究

2024-09-02

臭菘

植物会沟通，“说”得还不少 附：植物的小暖炉

在黑话里，

人们把耳朵叫作树叶，

他们觉得树也懂音乐。

但树的语言才是更古老的黑话，

谁知道它们谈起人类时会说什么。

树说树话，

就像孩子说孩子话。

——雅克·普莱维尔，《故事》，1968

这是雅克·普莱维尔《树说树话》一诗的开头。为什么要起这么个标题呢？说到沟通，我们自然而然地想到语言，毕竟这是人类主要的沟通方式。但这并不是唯一的沟通方式，更不是使用最多的方式。众所周知，蚂蚁和蜜蜂之类的动物能巧妙地沟通，但很少有人想到植物也会沟通。不会动，不发声，种在滋养它们的大地里，很难想象植物怎么沟通……

通知猎食者！

南非比勒陀利亚大学的沃特·范·霍芬是首先证明植物也会沟通的人之一。20 世纪 80 年代，他在研究扭角林羚大量死亡的怪现象时（见“植物不为人知的才能 ”）发现，刺槐被攻击时会提高单宁含量，叶子会变得又苦又涩，动物就不想吃了。而附近的刺槐也会收到被攻击的刺槐发出的警告。信息是通过一种挥发性有机化合物——乙烯从一棵树传到另一棵树的。这并不是刺槐特有的气体，在我们所生活的这个纬度（巴黎处在北纬 49°），杨树也有同样的现象。

从这个发现开始，科学家报告了许多植物间沟通的事例。植物通过释放、接收化学信号，真是沟通的一把好手。

植物不仅用挥发性有机化合物和其他植物沟通，还以此和动物沟通！如果植物向捕食性昆虫发出化学警报，这些昆虫就会来保卫植物。比如，黄瓜被讨厌的二斑叶螨攻击时会释放挥发性有机化合物吸引捕食二斑叶螨的另一种蜱螨——智利小植绥螨。后者会跑来把“讨厌鬼”吃掉……烟草也一样，它不但会在被攻击时会放出化学警报，还会根据害虫的种类和生长阶段不同而释放不同的信号！如果来捣乱的是粘虫的幼虫，烟草就会放出信号引来粘虫盘绒茧蜂，它们会在粘虫体内产卵，令其一命呜呼；如果粘虫更成熟，烟草就会放出不一样的信号，其他“保镖”昆虫就会出现……这样的例子不胜枚举。

美人计

植物与动物沟通不仅是为了自卫，这对繁殖也至关重要！如果你不能移动，自身无法定位，最近的同类也可能在几百米之外，怎么才能找到性伴侣？大家应该都知道答案——传粉。正如动物会亮出自己最美丽的色彩来吸引伴侣，某些植物也会开出鲜艳的花，吸引昆虫给自己当“媒人”。胡蜂、蜜蜂、蝴蝶等许多昆虫都会来花朵上采蜜，不知不觉就沾满了花粉（含有花的雄性生殖细胞）。之后它们飞到另一朵花上，花粉接触到雌蕊（花的雌性生殖器官），授粉就成功了。

有些植物没有花蜜，但也需要靠昆虫传粉来繁殖。那它们怎么吸引媒人呢？色诱啊！蜂兰就长得非常像蜂，还会放出与雌蜂信息素相似的化学信号，更具迷惑性。雄蜂被这种花的外表欺骗，来花里蹭啊、蹭啊…… 不经意间就帮蜂兰授了粉。有些植物放出的气味还可以模仿一顿大餐。生长于印度尼西亚的阿诺德大王花能长出很大的肉质花瓣（直径可近1 米，重达 10 多千克！），散发出一种强烈的腐肉味，令苍蝇难以抗拒，一拥而上，还以为找到了一具死尸。臭菘也会极尽所能地发热，因为更高的温度有利于它发出的臭味扩散（见“植物的小暖炉 ”）。

昆虫被征服了，伴侣也找到了，接下来就要播撒种子，占领新地盘，保证物种的延续。有些植物依靠风和重力把种子带到其他地方，有些则长出色彩鲜艳、口味香甜的果实引鸟来吃，鸟儿消化掉果肉，在排泄时把种子撒在大自然中。搞定啦！

走开，别挡住我的阳光！

语出古希腊哲学家第欧根尼。

有一天，亚历山大大帝来拜访他，问他有何需求，

第欧根尼却答道：

“有的，请让开，别挡住我的阳光！”

——译者注

让我们以一件更神秘的事结束这段快速的回顾，那就是植物的一大特别之处：“树冠羞避”（crown shyness）。20 世纪 50 年代，这种现象首先在澳大利亚得到研究。某些树，比如某类松树，会与相邻同种树的枝叶之间留出约 80 厘米的距离。从下往上看，光好像在一片阴暗的天空中曲折蔓延，形成了一个迷宫。比邻的两棵树会商量好，不要互相遮挡？这一沟通机制目前还不清楚。两棵树的沟通可能是靠气体交换，也可能是靠叶片中的光敏素，而它们通过探测接收光线的光谱，分辨出同类的影子和障碍物的影子，在被遮住前能相应地调节生长。

某些树的根部也存在“羞避”现象——相邻树的根不会缠在一起。是什么让同类之间保持树枝和根不交错呢？这还是一个谜……

现在我们懂了，植物会沟通，而且话还很多。人类沟通经常只是闲聊，植物则不同，它们沟通是为了和周围的动、植物互动，而且在和非同类沟通时，甚至有欺骗、玩弄之嫌。我们在此就不深究了，你也不想研究植物“拟人论”吧？

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附：植物的小暖炉

北美的冬末依然苦寒。树林中，白雪像厚实的毯子覆盖着冰冻的土地。一片苍茫之中，一颗顽强的小苗从雪中探出头来，这就是臭菘。初春时节，其他植物还在白雪下沉睡，它却早早地开花了。臭菘的抗寒秘密何在？秘密就是生热作用，就像植物体内有个暖炉。

生热作用，这个词看起来有点陌生。其实，这是一种生化反应，在你体内每时每刻都在进行。生热作用指的是细胞因代谢活动，如细胞内外信息传递、物质交换和运输等而产生热量。但是，代谢活动的首要目的并非生热。我们可以把细胞内的生热作用比作灯泡将电能转化成光能的过程（相当于代谢活动），在照亮的同时，灯泡也放出了热量（相当于生热作用）。

生热作用如何进行？

植物是真核多细胞生物，也就是说，它们由许多细胞组成，细胞内有包含遗传信息的细胞核。植物细胞通常由不同区室组成（见下图），称为细胞器。这里，我们主要考察负责细胞呼吸的线粒体，而暂时不管高尔基体、内质网和叶绿体等其他细胞器。

线粒体被薄膜分为两个区室——基质和膜间隙（见下图）。膜间隙中有许多氢离子，而基质中氢离子很少，这在区室间造成了浓度差。氢离子有一种自然的趋势，要穿过内膜到离子数量少的那边去。为了便于理解，你可以把线粒体想象成一座水力发电厂。氢离子从数量多的区室到数量少的区室，就像水从高处流向低处一样。水流推动涡轮机发电，而在线粒体中，氢离子的浓度差也起到高度差的作用，也可以产生能量，并以三磷酸腺苷（ATP）的形式储存下来，作为细胞的能量库。所有需要能量的细胞反应都会消耗三磷酸腺苷。

线粒体细节图。氢离子（以+号表示）在膜间隙的浓度高于基质中

我们再深入研究一下，线粒体里到底发生了什么。氢离子流向基质，参与三磷酸腺苷的生成，而此时，线粒体的内膜通过蛋白质网络发生电子转移。经过复杂的路线，电子与氢离子、氧分子结合，形成水，表达式如下：

O₂+4 H+ +4 个电子 → 2 H₂O

电子到达内膜，会促使氢离子从基质回到膜间隙，在两区室间再次形成浓度差。还是以水电站为例，这就像在蓄水池下游装了一个泵，把水又抽回去，维持水库水位。氢离子穿过内膜，回到膜间隙也是一样的道理。

但这与生热作用有什么关系？有时蓄水池水量太大，用涡轮机发电会有风险，于是就要“泄洪”，把多余的水排出去。泄洪并不用于发电，蕴含的能量以其他形式释放，比如湍急的水流将改变地貌。线粒体中有时也会发生类似现象，自由电子走了其他路径，直接形成水，不再帮助氢离子从基质回到膜间隙。结果，氢离子浓度差没有了，不能生成三磷酸腺苷。细胞没有直接可用的能量，却发出了热量。这就是生热作用，起因就是线粒体中的电子改变了路径。

发热有好处吗？

不管外界温度如何，哺乳动物会保持体温稳定，这是机体正常运转的必要条件。代谢必须在某个温度区间内进行，否则效率就会降低。而植物的代谢活动通常受到温度等外界条件的约束，天气越冷，代谢越慢。在0℃以下，植物代谢甚至完全停止，因为水已不是液态的了。细胞遭受了不可逆的损伤，植物会被冻死。

到了春天，乍暖还寒时，一场与时间的赛跑开始了。林下的矮生植物必须非常迅速地生长，好抢在乔木变得枝繁叶茂、遮挡能量来源——阳光之前完成出土、生叶、开花和繁殖，它们将快速走过大部分的生命周期。于是，某些植物趁其他植物因寒冷减慢代谢时，依靠生热作用加快代谢。其实，生热作用的各种功能还没有全部弄清。我们仅举几例。

对臭菘而言，开花时产热至关重要。一方面，这可以避免刚长出的脆弱结构受冻，另一方面，产生的热可以促进细胞和整个花序的生长，有利于生殖结构（花粉和胚珠）的产生，还能尽力吸引授粉者。热量有助于臭菘散发气味，那是一种像腐尸一样的味道……谁会喜欢这种味道？苍蝇啊！它们会被这种味道吸引，为刚从雪里探出头的花朵授粉。

肾叶臭菘（见下页图）是否产生热量的取决于年龄和发展阶段。其生殖结构不同时发展，而是依次发展，从未成熟、雌性、双性到雄性。雌性部分准备受孕时，植物温度最高，而雄性部分产生大量花粉时，生热停止。看来，生热作用的首要功能似乎是保护脆弱的胚珠不受寒冷侵犯，同时也散发臭菘特有的腐臭味，以便吸引传粉者，提高授粉概率。

有生热作用的植物（a）与无生热作用的植物（b）对比 左边是普通图，右边是红外图。在图（a）中可以看到，热量主要产生在花序中间。平均 22℃，植物其他部分 14℃。

放心，植物并不只在感觉不好时才会生热。木兰属的好几种植物都以生热作用吸引授粉者，特别是武当玉兰。它的香气告诉授粉者：“这里有富含糖分的花蜜！”授粉者也能收获花蜜，而臭菘的味道只是虚假的引诱。

生热作用对其他生物也有好处。亚马孙王莲的花朵温度比环境气温高10℃，夜间亦然。圆头犀金龟属的几种金龟子会利用这一温暖而舒适的环境寻找性伴侣、繁殖。依靠花的温度，它们可以取暖并节省自身能量，而省下来的能量就可以用于繁殖。这对植物也有利，当金龟子从一朵花到另一朵花寻找新伴侣时，也帮助了传粉。皆大欢喜！

每种植物都有生热吸引授粉者的策略，生热时间会根据是雌性部分还是雄性部分发育而有所不同，温度也会因花龄而改变，但机制都是一样的。

生热作用还能为植物带来另一个好处。在暖季结束、寒潮突至时，生热作用保护处于生长时期的组织不受寒冷侵害。对小麦胚芽的研究表明，小麦在突遇寒流时能进行生热作用，新长出的结构被保护了起来，等待天气好转……在正常天气条件和理想生长条件下，小麦不会进行生热作用，所以，其生热作用只是为了应对突发危害的防御机制，而不像臭菘的生热作用那样是一种常规行为。

在极地气候等极端条件下，物种也可见生热机制。一项研究表明，在温度突然降到 0℃以下时，南极洲的两种植物南极发草和南极漆姑草会进行生热作用，为采取其他防冻策略争取时间，而这些策略需要更长时间和更多能量才能实现。说穿了，这时的生热作用就是外部条件急剧变化时的快速防御反应。

总之，这种复杂的生化现象为许多植物提供了一张王牌。不管是为了提高授粉效率，还是为了抵抗外部气候，生热作用提高了植物的生存机会，有利于它们繁殖后代，为后代带来进化优势。真是一把“及时火”啊！

本文摘录自《科学也反常：“科学咖啡馆”怪谈》作者：[法] 科学咖啡馆译者：王烈

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