文摘
当我们想到植物,通常我们不想像他们“说话”。但是他们交流很多不同的方式。一个多世纪以前,著名生物学家查尔斯·达尔文认为植物类人脑结构的根技巧!在这种情况下,达尔文的root-brain假说是错误的,但更多的现代研究表明,植物可以沟通。他们说与其他植物以及动物甚至人。他们这样做主要使用化学品和声音。
介绍
所有生物之间的通信需要合作伙伴之间的交换信息(信号)。我们知道动物不断地相互通信移动它们的栖息地。想到鸟唱歌或狮子咆哮。相比之下,植物往往被视为静止的生物不能这样沟通。的第一个科学家挑战这个概念不是别人,正是达尔文。
达尔文的早期研究植物的行为
在1880年代,查尔斯·达尔文和他的儿子弗朗西斯在根进行了一系列的实验,显示的根是植物中最重要的部分。根技巧感觉和响应刺激如光,重力,化学物质,和声音。根尖传达消息函数作为信号激活过程,如生长,定向运动,和特殊的生产和释放气体。动物和人类的大脑做类似的事情,所以这两个对于达尔文认为根尖可以作为植物的“大脑”(图1)。这里有一些他们自己的话说:
一点也不夸张地说,幼根的顶端(一个年轻的根)…有指导的力量相邻的运动部分,就像大脑…;从感觉器官接收印象,指挥几个动作(1]。
查尔斯·达尔文还显示在植物化学物质作为通信信号的重要性。最早的一些报道的植物化学信号来自于他在1870年的实验。达尔文表明可溶性物质生产的增长击落大麦幼苗的运输通过茎,在那里他们造成细胞分裂和阀杆的曲率。我们现在知道,这些化学信号激素植物生长激素,在整个植物体和扮演着许多重要的角色在他们的增长模式和整体形状。
- 图1——达尔文认为植物情报保存在植物的“大脑”,发现根的技巧,像倒人或其他动物。
- 他认为也许地下植物的“大脑”加以保护。虽然这个假设是不正确的,其他研究已经表明,植物可以沟通。
使用化学物质和植物沟通的声音
达尔文的一个关键的见解是,植物是高度活跃的生物。我们现在知道,尽管他们通常是固定在一个地方根系,植物还能运动。例如,通过使用精密的测量设备,我们可以看到,植物叶,根,和卷须常数有节奏的运动,因为他们应对外部因素如日光、重力、温度、水、营养物质,和威胁。植物不只是随机移动;他们有目的的方式。植物搬到检测关键信息对他们的环境中,适当地做出反应,并将此信息传递给其他的植物,使用容易理解的信号。
与动物不同,植物通常呆在一个地方在其一生中(除了根,这可以通过土壤),但是有时候,位置可以是远非理想。例如,可能有光或水太少,或过少的营养高效增长。其他竞争植物可能已经出现了新工厂,或害虫和病原体可能会攻击它,更不用说食草动物。在进化过程中,植物面对这些威胁可能意味着其他植物的痛苦,这样他们就能避免危险或更好的抵御威胁。最近的研究显示,最重要的两个工厂的沟通方法是化学物质和声音。
化学(挥发性有机化合物的仪器的重要性
挥发性有机化合物挥发性)是最常见的一种植物释放的化学信号。挥发性小分子释放气体,在空气中很容易扩散,远离工厂生产它们。有些植物挥发性化学性质相似信息素许多动物使用的。例如,蚂蚁的世界在很大程度上是由信息素,可以让他们寻找食物和识别他们的同伴。最常见的一种植物挥发性有机化合物的仪器叫做甲基jasmonate(惩罚),由植物产生和释放攻击(图2)。形成的法案在一个受伤的植物,例如当一个动物试图吃。一旦发布的攻击,MeJA穿过空气的non-damaged部分相同的植物和邻近的植物,它激活防御机制在非攻击性的邻居。另一个国防VOC由植物是水杨酸甲酯,即化学类似于人类的止痛药,阿司匹林。
- 图2 -植物可以保护他们的邻居,和他们交流。
- 例如,当一个个体植物是由毛虫袭击,植物植物邻国发送警告信息,告诉他们加强其防御系统。警告消息可能形式的气味或声音。
植物释放的挥发到空气中提醒他们的邻居有威胁,和邻近的植物应对这些信号,准备保护自己甚至攻击。例如,在几秒钟内,植物,检测挥发性有机化合物的仪器将开始抗真菌化合物或抗虫毒素来保护自己。在某些情况下,挥发性有机化合物的仪器也可以长途旅行的地下,通过根系统。这意味着可以刺激植物根细胞对入侵的防御反应山土壤中的真菌或细菌。其他挥发释放根细胞吸引有益的真菌或细菌。例子包括真菌,帮助植物根系吸收土壤养分更有效率,或细菌,将大气中的氮气转化为营养物质帮助植物生长更快。所以,植物利用某些挥发性有机化合物的仪器对威胁警告他们的邻居,而其他挥发性有机化合物的仪器允许他们吸引更多的有用的生物。
声音信号
我们人类使用声波相互通信,但并不是所有的声波都被人类的耳朵。声波的主要特性之一是他们的频率以赫兹(Hz)。人类只能听到声音频率范围从20到20000赫兹。声音频率低于20 Hz通常被称为亚音速,而那些频率超过20000赫兹超声波。
声音信号所使用的植物往往是在人耳无法听到的频率,但是他们可以被其他植物和动物2]。在野外,植物生长可能与一些邻国,但不与他人3]。例如,显然在澳大利亚2013年的一项研究表明罗勒植物的有利影响辣椒植物的生长,这证实了许多园丁先前观察到在他们的花园。辣椒幼苗生长较差的茴香植物,然而。这些作者推测,微小的振动在每个植物的细胞可能产生“声音”的频率,可以检测到其他植物,告诉他们他们是否越来越接近一个“坏”或“好”的邻居(4]。
在其他的实验中,发现年轻的玉米根让小点声音是人类听力范围的低端(约220赫兹)。当根悬浮在水中,这样他们可以更容易地移动,他们对这些声音靠。其他声音包括什么听起来像碳酸泡沫破灭的木质部植物的组织,但这些是超声波,只是被昆虫和其他动物,所以也许这些植物与动物交流5]。听到工厂的技术泡沫爆炸其实很简单。声学传感器用来检测裂缝在桥梁和建筑可以赶上超声波持久性有机污染物。
中国研究人员已经证明了他们能提高植物产量通过传播声波的频率。所以,也许是有些道理老园丁的建议和你的植物!其他研究人员调查了不同频率和强度的声音如何改变植物基因表达。他们的研究结果表明,声学振动做在植物细胞影响的基本化学反应发生。
工厂沟通的重要性
底线是,植物是很好的沟通者。他们不断释放到环境中很多有用的信息,特别是使用化学品和声音。我们才刚刚开始了解这些信息生产和它是如何被其他植物和动物可以用它对自己的好处。所以,下次你踩草或摘花,记住,可怜的受伤的植物可能会尖叫出neighbors-but我们人类不能听!
术语表
根尖:↑日益增长的提示或根的“顶点”,也被称为“根帽。”
生长素:↑一种植物激素,刺激茎长和/或曲线。
病原体:↑微生物引起的疾病。
挥发性有机化合物挥发性):↑气态化合物作为生物体之间的化学信使。
信息素:↑一些动物分泌的一种化学物质,帮助他们与别人交流的物种。
频率:↑出现的次数重复事件的单位时间。频率测量在赫兹(Hz)等于一个事件/秒。
亚音速:↑声波频率< 20赫兹。人类不能听到这些频率。
超声波:↑声波频率超过20000赫兹。人类不能听到这些频率。
木质部:↑网络的“管道”在植物运输水和矿物质从根到其他工厂。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
确认
作者地址特别感谢巴塞尔Alkanjo, 1日排名的学生在叙利亚生物学奥林匹克竞争2020年,2021年和铜牌得主2021年伊博人挑战的批判阅读手稿。我们也请感谢叙利亚的区别和创造力机构(https://dca-net.org/)支持年轻生物学家的科学活动通过方向叙利亚全国委员会的科学奥林匹克竞赛。
引用
[1]↑Baluska F。,Mancuso, S., Volkmann, D., and Barlow, P. W. 2009. The “root-brain” hypothesis of Charles and Francis Darwin: revival after more than 125 years.Behav植物信号。4:1121-7。doi: 10.4161 / psb.4.12.10574
[2]↑Hemachandran, H。床铺,C。,and Siva, R. 2017. Plant communication: an unresolved mystery.咕咕叫。科学。112:1990-1。
[3]↑Fernandez-Jaramillo, A。Duarte-Galvan C。Garcia-Mier, L。,Jimenez-Garciad, S. N., and Contreras-Medina, L. M. 2018. Effects of acoustic waves on plants: an agricultural, ecological, molecular and biochemical perspective.Scientia Horticult。235:340-8。doi: 10.1016 / j.scienta.2018.02.060
[4]↑Gagliano, M。,and Renton, M. 2013. Love thy neighbour: facilitation through an alternative signalling modality in plants.BMC生态。活动。doi: 10.1186 / 1472-6785-13-19
[5]↑Lopez-Ribera,我。,and Vicient, C. M. 2017. Drought tolerance induced by sound in Arabidopsis plants.Behav植物信号。12:e1368938。doi: 10.1080 / 15592324.2017.1368938