植物雖然不會像動物一樣發出叫聲，但它們彼此間也會「交談」。近日，日本的研究人員在植物通訊領域取得了突破性的成果，捕捉到了植物對鄰居傳輸的危險信號做出反應的實時鏡頭。
自20世紀80年代以來，科學家們就了解植物有防禦反應，並確定了至少80個在危機情況下發揮防禦作用的物種。然而，植物究竟如何從鄰居那裏接收到這種危險信號仍然籠罩在神秘之中。
這項由埼玉大學分子生物學家Yuri Aratani和Takuya Uemura領導的研究發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上。該研究的突破在於觀察未受損的植物對遭受機械損傷或昆蟲攻擊的其它植物釋放的揮發性有機化合物（VOC）的反應。
「植物感知受到機械或食草動物損壞的鄰近植物釋放的揮發性有機化合物，並引發各種防禦反應。這種植物間的通訊可以保護植物免受環境威脅。」作者解釋道。
在這項研究中，科學家使用了一個氣泵，該氣泵連接到一個裝有葉子和毛毛蟲的容器，以及另一個裝有擬南芥（芥菜科常見雜草）的盒子。
毛毛蟲以從番茄和擬南芥摘下的葉子為食，研究人員捕獲了第二棵完好、無昆蟲侵害的擬南芥植物對危險信號的反應。
為了易於觀察，受體擬南芥植物不是普通植物，它經過基因工程改造，其細胞含有生物傳感器，當檢測到鈣離子流入時，該生物傳感器會發出綠色熒光。
使用熒光顯微鏡，研究小組可以監測未受損植物在接收到受損葉子釋放的VOC後的反應。
當VOC籠罩未受損的植物時，研究小組發現了一種生動的反應，未受損的植物接受到了受傷鄰居的信息，並發出一陣陣的鈣信號回應，這些信號在它們伸展的葉子上蕩漾。
If #plants could talk, they』d do so thru chemical signals about predators (aphids, caterpillars, gardeners with shears/pesticides…). Plants CAN talk (which we』ve known), but molecular biologists at Saitama University in Japan caught it 1st on film. https://t.co/44gXzMerK5 pic.twitter.com/DcLAlV1iti
— HoneyGirlGrows (@HoneyGirlGrows) January 20, 2024
研究人員通過分析空氣中的化合物，發現化合物Z-3-HAL和E-2-HAL充當擬南芥中鈣信號的關鍵誘導劑。
通過進一步的研究，研究人員確定擬南芥的保衛細胞、葉肉細胞和表皮細胞是對危險提示的最初反應者。當暴露於Z-3-HAL時，保衛細胞在植物表面形成氣孔，迅速產生鈣信號，隨後是葉肉細胞。
此外，接受關閉氣孔的植物激素預處理的植物鈣信號傳導顯着減少，這表明氣孔類似於植物「鼻孔」，用於解碼和放大空氣傳播的信息。
日本埼玉大學分子生物學家、該研究的資深作者Masatsugu Toyota表示：「我們終於揭示了植物何時、何地以及如何對來自受威脅鄰居的空中『警告信息』做出反應的複雜故事。」
「這個飄逸的通信網絡隱藏在我們的視野之外，在及時保護鄰近植物免受迫在眉睫的威脅方面發揮着關鍵作用。」他說。
