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[UFO探索]战斗的植物,合成"化学武器"保全性命

和匆忙的人类世界相比,植物的生活显得风平浪静,但这仅仅是事情的表面。害虫贪婪的胃口让植物岌岌可危,它们必须给予反击来保全性命。

事实也是如此,植物并不是毫无招架能力的受害者,它们已经进化出强有力的防御能力——生产特殊的防御化合物。这些化合物既可以充当“毒药”,也能告知同伴危险即将到来,并向盟友求救。

但是,所有这些防御措施都是有代价的,会消耗植物本来用于生长和修复的能量。为了保存体力,植物必须选择使用“化学武器”的方式和时机。下面是植物在保全自身的情况反击害虫的五种策略。

发出警告

为了避免浪费能量,植物并不是每时每刻都在合成“化学武器”,而是当危险真正来临时才开始生产。一旦害虫咬噬植物的叶子,叶子便释放出化学挥发物传递警报,告知植物的其他部位和相邻的植物开始防御。

十字花科植物

某些植物在受到伤害时会产生茉莉酮酸。茉莉酮酸可以分解JAZ蛋白,而JAZ蛋白是用来抑制植物生产保护性的有毒化合物的。茉莉酮酸对JAZ蛋白的分解使得植物制造有毒化合物的基因充满能量,加速生产植物需要的防御武器。

很多物种和土壤里的真菌共生,真菌穿透植物根系的表层摄取碳元素,同时帮助植物获得其赖以生存的氮、磷等营养物质。真菌通过长丝线般的菌丝将周边区域连成一片,形成一个巨大的地下网络。有些植物就会利用这个地下网络相互联系,对即将到来的危险发出警告。

实验人员将蚜虫放在豆类植物上,用聚乙烯袋子将这株植物套起来,防止它通过空气传播警报。这时,通过土壤表层下的真菌建立起联系的其他豆类植物就开始释放防御性化合物,不在同一真菌群落的豆类植物则毫无反应。可见,真菌起了“生物互联网”的作用,将重要情报从一株植物传送到了另一株。

请求增援

植物还通过分泌易挥发的、可以吸引害虫天敌的物质来保护自己。

当欧洲玉米遭到毛虫进攻时,玉米植株就会释放出易挥发的β-石竹烯来吸引寄生蜂。寄生蜂会在毛虫体内产卵,这样就减缓了毛虫的进食速度。几周之后,寄生蜂的卵孵化,毛虫随之死亡。欧洲玉米还可以在地下释放β-石竹烯,来抵御根虫的攻击。这些挥发性物质通过土壤的孔隙传播,告诉根虫的天敌:“食物准备好了,快来美餐一顿吧!”

但有些时候,这样的举动也会引来不速之客。美国种植的一些玉米品种失去了产生β-石竹烯的能力,在遭到害虫攻击时就显得孤立无援。当研究人员修复这些玉米的基因,让它们再次获得这种能力时,却发现这些玉米的根部感染了致病真菌。这些真菌貌似也是被β-石竹烯吸引来的。这就给玉米出了一个难题:要么屈从于真菌来保留它的盟军寄生蜂,要么就在害虫的攻击下自生自灭。

设置陷阱

如果能够引诱敌人进入精心布置的陷阱,又何必动用军火?十字花科植物的分子中储存着无害的化合物硫代葡萄糖甙,与其体内的芥子苷酶仅隔着一层薄薄的细胞壁。当害虫咬破这层阻隔时,这两种物质就会混合在一起,发生化学反应,产生有毒气体将害虫围住。就是这种反应使得十字花科植物有特殊的苦味和抗氧化性。

只有在这些陷阱起作用时,植物才会动用资源来推动这种防御。当毛虫这类咬噬类害虫激活陷阱时,产生的破坏性后果会激发植物加速生产硫代葡萄糖甙。但是,类似蚜虫的吸食类害虫通过针状口器吸食植物汁液时,就不会触发陷阱。在这种情况下,植物就不会动用自身资源来制造武器。原文地址 alt="" src="http://www.ufo-1.cn//uploads/allimg/201604/1-1604201A324c9.jpg" title="战斗的植物" />

大多数情况下,植物会匀速释放信息素作为化学武器,但蚜虫已经适应,并不受此影响。然而,野生土豆能够更改这种模式,使其更有效果:它把信息素储存在叶面细小绒毛的末端。当蚜虫落到叶子上时,它的脚就会被带黏性的叶面粘住;蚜虫奋力挣扎,叶面绒毛末端就会遭到破坏,开始大量释放信息素。这样就巧妙地模仿了蚜虫有节奏的警报。

紧急自救

在与害虫的恶战中,植物必须护理伤口。植物产生的“绿叶挥发物”能起到抗生素的作用,保护植物受伤的组织不被细菌和真菌感染,同时给周边植物通风报信。这些挥发物就是刚修剪完草坪时我们闻到的“草香”。

受伤的植物产生的创伤性酸(也被称为“愈伤激素”)能够刺激细胞加速分裂以封闭伤口,其作用相当于动物的血液在伤口凝结。这些反应都是在受到害虫攻击后几分钟内产生的。植物必须不断地分配自身资源来平衡自我防御和自我修复。

植物和昆虫世世代代进行着斗争,双方不断改变策略力图压倒对方。例如,昆虫体内已经开始进化出应对植物“化学武器”的解毒剂,它们能中和毒素,甚至能利用这些毒素。植物自然不甘示弱,也不断创造出新武器。植物和昆虫的战争是一场军备竞赛:双方竭尽全力,力图保住自己的地盘。