和匆忙的人類世界相比,植物的生活顯得風(fēng)平浪靜,但這僅僅是事情的表面。害蟲(chóng)貪婪的胃口讓植物岌岌可危,它們必須給予反擊來(lái)保全性命。
事實(shí)也是如此,植物并不是毫無(wú)招架能力的受害者,它們已經(jīng)進(jìn)化出強(qiáng)有力的防御能力——生產(chǎn)特殊的防御化合物。這些化合物既可以充當(dāng)“毒藥”,也能告知同伴危險(xiǎn)即將到來(lái),并向盟友求救。
但是,所有這些防御措施都是有代價(jià)的,會(huì)消耗植物本來(lái)用于生長(zhǎng)和修復(fù)的能量。為了保存體力,植物必須選擇使用“化學(xué)武器”的方式和時(shí)機(jī)。下面是植物在保全自身的情況反擊害蟲(chóng)的五種策略。
發(fā)出警告
為了避免浪費(fèi)能量,植物并不是每時(shí)每刻都在合成“化學(xué)武器”,而是當(dāng)危險(xiǎn)真正來(lái)臨時(shí)才開(kāi)始生產(chǎn)。一旦害蟲(chóng)咬噬植物的葉子,葉子便釋放出化學(xué)揮發(fā)物傳遞警報(bào),告知植物的其他部位和相鄰的植物開(kāi)始防御。
某些植物在受到傷害時(shí)會(huì)產(chǎn)生茉莉酮酸。茉莉酮酸可以分解JAZ蛋白,而JAZ蛋白是用來(lái)抑制植物生產(chǎn)保護(hù)性的有毒化合物的。茉莉酮酸對(duì)JAZ蛋白的分解使得植物制造有毒化合物的基因充滿能量,加速生產(chǎn)植物需要的防御武器。
很多物種和土壤里的真菌共生,真菌穿透植物根系的表層攝取碳元素,同時(shí)幫助植物獲得其賴以生存的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。真菌通過(guò)長(zhǎng)絲線般的菌絲將周邊區(qū)域連成一片,形成一個(gè)巨大的地下網(wǎng)絡(luò)。有些植物就會(huì)利用這個(gè)地下網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系,對(duì)即將到來(lái)的危險(xiǎn)發(fā)出警告。
實(shí)驗(yàn)人員將蚜蟲(chóng)放在豆類植物上,用聚乙烯袋子將這株植物套起來(lái),防止它通過(guò)空氣傳播警報(bào)。這時(shí),通過(guò)土壤表層下的真菌建立起聯(lián)系的其他豆類植物就開(kāi)始釋放防御性化合物,不在同一真菌群落的豆類植物則毫無(wú)反應(yīng)??梢?jiàn),真菌起了“生物互聯(lián)網(wǎng)”的作用,將重要情報(bào)從一株植物傳送到了另一株。
請(qǐng)求增援
植物還通過(guò)分泌易揮發(fā)的、可以吸引害蟲(chóng)天敵的物質(zhì)來(lái)保護(hù)自己。
當(dāng)歐洲玉米遭到毛蟲(chóng)進(jìn)攻時(shí),玉米植株就會(huì)釋放出易揮發(fā)的β-石竹烯來(lái)吸引寄生蜂。寄生蜂會(huì)在毛蟲(chóng)體內(nèi)產(chǎn)卵,這樣就減緩了毛蟲(chóng)的進(jìn)食速度。幾周之后,寄生蜂的卵孵化,毛蟲(chóng)隨之死亡。歐洲玉米還可以在地下釋放β-石竹烯,來(lái)抵御根蟲(chóng)的攻擊。這些揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)土壤的孔隙傳播,告訴根蟲(chóng)的天敵:“食物準(zhǔn)備好了,快來(lái)美餐一頓吧!”
但有些時(shí)候,這樣的舉動(dòng)也會(huì)引來(lái)不速之客。美國(guó)種植的一些玉米品種失去了產(chǎn)生β-石竹烯的能力,在遭到害蟲(chóng)攻擊時(shí)就顯得孤立無(wú)援。當(dāng)研究人員修復(fù)這些玉米的基因,讓它們?cè)俅潍@得這種能力時(shí),卻發(fā)現(xiàn)這些玉米的根部感染了致病真菌。這些真菌貌似也是被β-石竹烯吸引來(lái)的。這就給玉米出了一個(gè)難題:要么屈從于真菌來(lái)保留它的盟軍寄生蜂,要么就在害蟲(chóng)的攻擊下自生自滅。
設(shè)置陷阱
如果能夠引誘敵人進(jìn)入精心布置的陷阱,又何必動(dòng)用軍火?十字花科植物的分子中儲(chǔ)存著無(wú)害的化合物硫代葡萄糖甙,與其體內(nèi)的芥子苷酶僅隔著一層薄薄的細(xì)胞壁。當(dāng)害蟲(chóng)咬破這層阻隔時(shí),這兩種物質(zhì)就會(huì)混合在一起,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生有毒氣體將害蟲(chóng)圍住。就是這種反應(yīng)使得十字花科植物有特殊的苦味和抗氧化性。
只有在這些陷阱起作用時(shí),植物才會(huì)動(dòng)用資源來(lái)推動(dòng)這種防御。當(dāng)毛蟲(chóng)這類咬噬類害蟲(chóng)激活陷阱時(shí),產(chǎn)生的破壞性后果會(huì)激發(fā)植物加速生產(chǎn)硫代葡萄糖甙。但是,類似蚜蟲(chóng)的吸食類害蟲(chóng)通過(guò)針狀口器吸食植物汁液時(shí),就不會(huì)觸發(fā)陷阱。在這種情況下,植物就不會(huì)動(dòng)用自身資源來(lái)制造武器。
間諜手段
有些植物已經(jīng)知道敵人相互交流的“密碼”,并可以善加利用,來(lái)發(fā)送虛假情報(bào)。比如,蚜蟲(chóng)在遭到攻擊時(shí)會(huì)釋放出信息素β-金合歡烯,警告附近的蚜蟲(chóng)危險(xiǎn)來(lái)臨,趕緊逃命。植物在遭到蚜蟲(chóng)攻擊時(shí)也經(jīng)常會(huì)釋放出β-金合歡烯,企圖模仿警報(bào)嚇跑它們。不過(guò),并不是所有的β-金合歡烯都會(huì)起作用。
大多數(shù)情況下,植物會(huì)勻速釋放信息素作為化學(xué)武器,但蚜蟲(chóng)已經(jīng)適應(yīng),并不受此影響。然而,野生土豆能夠更改這種模式,使其更有效果:它把信息素儲(chǔ)存在葉面細(xì)小絨毛的末端。當(dāng)蚜蟲(chóng)落到葉子上時(shí),它的腳就會(huì)被帶黏性的葉面粘??;蚜蟲(chóng)奮力掙扎,葉面絨毛末端就會(huì)遭到破壞,開(kāi)始大量釋放信息素。這樣就巧妙地模仿了蚜蟲(chóng)有節(jié)奏的警報(bào)。
緊急自救
在與害蟲(chóng)的惡戰(zhàn)中,植物必須護(hù)理傷口。植物產(chǎn)生的“綠葉揮發(fā)物”能起到抗生素的作用,保護(hù)植物受傷的組織不被細(xì)菌和真菌感染,同時(shí)給周邊植物通風(fēng)報(bào)信。這些揮發(fā)物就是剛修剪完草坪時(shí)我們聞到的“草香”。
受傷的植物產(chǎn)生的創(chuàng)傷性酸(也被稱為“愈傷激素”)能夠刺激細(xì)胞加速分裂以封閉傷口,其作用相當(dāng)于動(dòng)物的血液在傷口凝結(jié)。這些反應(yīng)都是在受到害蟲(chóng)攻擊后幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生的。植物必須不斷地分配自身資源來(lái)平衡自我防御和自我修復(fù)。
植物和昆蟲(chóng)世世代代進(jìn)行著斗爭(zhēng),雙方不斷改變策略力圖壓倒對(duì)方。例如,昆蟲(chóng)體內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)化出應(yīng)對(duì)植物“化學(xué)武器”的解毒劑,它們能中和毒素,甚至能利用這些毒素。植物自然不甘示弱,也不斷創(chuàng)造出新武器。植物和昆蟲(chóng)的戰(zhàn)爭(zhēng)是一場(chǎng)軍備競(jìng)賽:雙方竭盡全力,力圖保住自己的地盤。
(曹紅嬌薦自《飛碟探索》)
責(zé)編:我不是雨果