不要以為植物很安靜，受到什么打擊都不聲不響。其實(shí)是我們的耳朵，沒(méi)聽(tīng)到它們的聲音……
撰文 | 栗子
審校 | Clefable
人類在承受壓力又無(wú)處釋放的時(shí)候，可能會(huì)跑去一個(gè)空曠的地方用力大喊，仿佛這樣就能把積壓的情緒排出體外，消散在空氣里。
假如是一株植物遭遇生存壓力，想到處亂跑或許不大現(xiàn)實(shí)。但即便不能輕易移動(dòng)，它發(fā)出的聲音依然可以穿過(guò)空氣，飄去更遠(yuǎn)的地方。
通常，人類只靠自己的耳朵很難聽(tīng)到這些聲音，才會(huì)以為植物是一群沉默的生命。但實(shí)驗(yàn)室里的科學(xué)家們卻在設(shè)備的幫助下，收集到了植物“吶喊”時(shí)的聲波。
當(dāng)然，在此之前研究人員要先施加一些傷害，才能逼得植物喊出聲來(lái)。所以，他們到底做了什么？
受了傷，就尖叫
來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的伊扎克·凱特（Itzhak Khait）和他的同事，為了捕捉植物的聲音，給它們?cè)O(shè)定好兩種困境，一是干旱，二是莖被切割。
接受這些考驗(yàn)的選手，都是我們比較常見(jiàn)的植物，番茄和煙草。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，它們都在濕潤(rùn)的土壤中健康地生長(zhǎng)。而實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，植物的命運(yùn)就有了分別：一部分再也沒(méi)被澆水，一部分被切斷了莖，還有一部分繼續(xù)在正常的條件下生活，是對(duì)照組。
實(shí)驗(yàn)在隔音箱里進(jìn)行，收音設(shè)備就放在距離植物10厘米遠(yuǎn)的地方，聽(tīng)著植物受到不同傷害之后，都會(huì)發(fā)出怎樣的聲音。
結(jié)果，不論是遭受干旱脅迫的植物，還是莖被切斷的植物，都發(fā)出了不小的聲響：音量在65分貝左右（通常兩人面對(duì)面講話的音量約有60分貝），頻率在20 000~100 000赫茲之間，是超聲波。
人類的耳朵，大概只能聽(tīng)到20~20 000赫茲之間的聲音，且隨著年齡漸老，這個(gè)范圍還會(huì)縮小。所以，如果把收音設(shè)備換成一個(gè)人，站在距離植物10厘米遠(yuǎn)的地方，不太可能捕捉到那么高頻率的“尖叫”。
這些叫喊聲，還來(lái)得十分頻繁。受到干旱脅迫的番茄植株，平均每小時(shí)發(fā)出35聲，煙草植株是11聲。而當(dāng)莖被切割，番茄植株在接下來(lái)的一小時(shí)內(nèi)，平均發(fā)出25聲，煙草植株則是15聲。相比之下，沒(méi)有遭遇干旱又沒(méi)有被切割的植物，只是偶爾發(fā)出聲音，平均每小時(shí)測(cè)不到一次。
所以科學(xué)家相信，這些超聲波就是植物面臨生存壓力時(shí)做出的反應(yīng)。當(dāng)然，除了缺水和被切，植物還會(huì)面臨許多其他的壓力，未必每一種都能形成尖叫聲。
這聲音是怎么產(chǎn)生的？
聲音，無(wú)非是物體在振動(dòng)。
早在上世紀(jì)60年代，就有科學(xué)家在植物干旱時(shí)檢測(cè)到了振動(dòng)，并且相信那些振動(dòng)是空穴現(xiàn)象（cavitation）帶來(lái)的。缺少水分時(shí)，植物的木質(zhì)部當(dāng)中，水里溶解的空氣會(huì)形成氣泡，然后氣泡不斷膨脹乃至爆裂，這便是一種空穴現(xiàn)象。
而空穴現(xiàn)象會(huì)讓植物體內(nèi)的應(yīng)力重新分布，當(dāng)應(yīng)力在一個(gè)部位集中起來(lái)，就有可能快速釋放出大量的能量：是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了聲能，所以這個(gè)過(guò)程被稱作“聲發(fā)射”（Acoustic Emission，AE）。
1966年的研究中，科學(xué)家在蓖麻的葉子和葉柄上，都檢測(cè)到了振動(dòng)（圖片來(lái)源：Milburn & Johnson）
半個(gè)多世紀(jì)前的研究者，正是通過(guò)檢測(cè)植物發(fā)射出的波形，發(fā)現(xiàn)了它在振動(dòng)。如今在工業(yè)上，人們也常常用聲發(fā)射的原理，來(lái)檢驗(yàn)一塊材料有沒(méi)有缺陷。如果利用多枚傳感器，還可以確定缺陷所在的具體位置。
只不過(guò)，用聲發(fā)射來(lái)檢測(cè)某塊材料或某株植物的時(shí)候，通常需要把傳感器直接連在被測(cè)的物體上。所以在過(guò)往研究當(dāng)中，科學(xué)家雖然捕捉到植物的聲音，但聲波都是依靠植物體本身來(lái)傳播、并被設(shè)備接收到的，不能證明外界也有機(jī)會(huì)聽(tīng)到那些聲音。
但這一次，特拉維夫大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)把收音設(shè)備放在10厘米遠(yuǎn)的地方，就證明了植物在缺水或是遭受切割的情況下，發(fā)出的超聲波確實(shí)在空氣里傳播了。而這意味著，即便人類聽(tīng)不到，還可能有其他動(dòng)物聽(tīng)得到。
科學(xué)家說(shuō)，他們收集到的那些超聲波，對(duì)許多哺乳動(dòng)物（如小鼠）和昆蟲(chóng)（如蛾）來(lái)說(shuō)，站在3~5米之外也可能聽(tīng)到。這對(duì)研究者來(lái)說(shuō)十分重要。
超聲波和超聲波，還有區(qū)別
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，雖然在干旱和莖被切割時(shí)，植物都發(fā)出了超聲波，但在兩種不同的壓力之下，植物發(fā)出的超聲波還是有些差別。
具體說(shuō)來(lái)，他們寫(xiě)了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，也就是AI，把兩種情況下收集到的聲波投喂給AI，幫它訓(xùn)練出區(qū)分干旱植物和被切植物的能力。訓(xùn)練完成后，AI分辨二者的正確率超過(guò)了70%。
這就表示，干旱植物發(fā)射的聲波，與莖被切斷的植物發(fā)射的聲波，對(duì)AI來(lái)說(shuō)有所不同。而AI能分辨出二者的差別，其他動(dòng)物聽(tīng)了也有可能分辨出來(lái)。
科學(xué)家說(shuō)，如果某種在植物身上寄生的昆蟲(chóng)，能聽(tīng)出聲波中的不同，就有可能利用這個(gè)信息，讓自己不要在一株干旱的植物上產(chǎn)卵。如果有一種在植物身上取食的昆蟲(chóng)，它的天敵能聽(tīng)出聲波中的不同，就有機(jī)會(huì)順著聲波傳來(lái)的方向奔去，捕捉到更多的昆蟲(chóng)，保護(hù)植物的安全。
另外，能聽(tīng)到聲音的不只是動(dòng)物。過(guò)往的研究顯示，植物也擁有很強(qiáng)的感知能力，除了對(duì)觸摸有反應(yīng)（如含羞草會(huì)閉合），對(duì)包含聲音在內(nèi)的許多刺激也都有反應(yīng)。如果一株植物陷入了干旱的困境，而另一株植物聽(tīng)到它的尖叫聲，同樣可能觸發(fā)某種機(jī)制來(lái)保護(hù)自己。
當(dāng)然，在這些想法得到證實(shí)之前，科學(xué)家們還有很長(zhǎng)的路要走。
原論文：
https：//www.biorxiv.org/content/10.1101/507590v4.full
參考鏈接：
https：//academic.oup.com/jxb/article/64/15/4779/460888
https：//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24557825/
https：//www.newscientist.com/article/2226093-recordings-reveal-that-plants-make-ultrasonic-squeals-when-stressed/
https：//www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.00025/full
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