植物能聽見你唱歌嗎？這個令達爾文困擾的問題有了答案

撰文 | 撖靜宜

編輯 | 吳非

植物沒有長腳，不能在有昆蟲攻擊的時候拔腿就跑；植物也不會說話，不能在一群羊跑來的時候大叫告訴夥伴快躲起來。但是這些都不意味著植物不能感知這個世界，不能對紛繁複雜的情況作出自己的反應。

雖然向日葵不會在夕陽西下時一個猛甩頭掉一地瓜子，但喜陽的植物的確會努力地朝著光生長，伸長自己的枝條。把圓圓的種子丟進土裡，即便我們並不會特別將種子分個正反，但發芽之後，根還是會鑽進土裡，小小的子葉也會頂出土層。含羞草會在觸碰它的時候開啟防禦模式，收起自己的葉子，捕蠅草也會在昆蟲觸碰的時候，悄悄地合起來享受一頓美餐。這些現象讓我們知道植物看似靜靜悄悄又一動不動地生活在這個世界上，其實它們能積極地對光、重力和觸摸做出響應，那麼我們對它們唱歌，它們聽得到么？

高冷的殺手裡昂也內心溫暖的照顧著自己熱愛的綠植，那盆植物會喜歡他拉的小提琴曲么？很多養花的人會也覺得，沖著花花草草放音樂能讓它們長得更好，這似乎意味著音樂有利於植物的生長。有的時候把植物當作自己的朋友，沖它吐槽一天的經歷，跟一棵植物碎碎念看起來有點神經病，但是，植物真的會對聲音做出響應。

不光是照顧植物的普通人對此感興趣，達爾文也好奇過這個問題，他曾經發現擺放在桌子上的幼苗會對桌子的震動做出響應，因此讓他的兒子Francis進行了這項自己認為很蠢的實驗：對著植物吹低音管，去觀察幼苗是否會對聲音進行響應。不過，很可惜這位最早發現植物會對光響應的科學家，並沒有如願以償地找出音樂和幼苗的生長狀態有什麼明確的關係。

但目前的研究顯示，聲音的確會對植物產生細微的影響。

最初，科學家們發現了很多現象證明了植物的確會對聲音產生響應。比如利用超聲波處理種子，能夠提高種子的發芽率。此外對玉米幼苗進行特定頻率聲音的刺激，幼苗的根會朝向其生長。

隨著研究的深入，研究者們發現了植物更具體的變化。中國的研究人員針對菊屬離體的愈傷細胞研究表明，1.4 kHz、0.095 kdb的聲音能夠特定的刺激植物細胞產生生長素，抑制脫落酸產生。韓國的研究者在光照條件和黑暗條件下，用一些頻率的聲音刺激植物，能夠使rbcS和ald表達量上調。這些基因屬於光響應基因，這說明聲音在基因表達調控的過程中可能替代光的作用。

當昆蟲在吃葉子發出聲音時，植物會產生更多的油來嚇跑昆蟲。這聽起來像是無稽之談，但是2014年的研究表明，毛毛蟲咀嚼葉子造成的聲音，就足以刺激擬南芥產生更多用於防禦的次生代謝物。「嘎吱嘎吱」，植物聽到了危險來臨的警報，迅速合成次生代謝物，讓自己變得難吃一點，或是產生一點有毒的東西讓蟲子們一命嗚呼，也可能產生像烽火台上的狼煙一般的信號，告訴蟲子的天敵們「這裡有好吃的，快來，順道幫我把這些可惡的傢伙處理掉。」

根也長著聽到水聲的「耳朵」，根在黑暗的土地里靠著細胞內外的水分梯度來吸飽水分，但是根是怎麼知道哪裡有水呢？它們的「耳朵」在探測水源的過程中發揮了作用。研究人員發現即便在外界缺乏水分的情況下，植物的根能夠探測出旁邊在水管中流動的水聲。而且在聲音和水分梯度都探測到的情況下，傾向於使用水分梯度的信號，這也就說明植物是利用聲音信號來尋找更遠處的水源。

那麼，植物又是怎麼感知聲音的呢？

聲波震動（sound vibrations，SVs）最開始改變了細胞壁，同時導致維持細胞形態的細胞骨架的微纖絲重排，這些讓細胞膜（plasma membra ne，PM）最開始感受到了聲波。隨後細胞膜將這一信號傳遞給細胞內，細胞膜上的受體收到了聲波信號，開放了能夠將細胞外的Ca2+運輸到細胞內的轉運通道，這樣大量的Ca2+湧入細胞內，此時細胞就已經把聲音的震動信號轉變成了細胞能夠理解和傳遞的離子信號，這些Ca2+刺激細胞發生一系列的反應。比如刺激蛋白激酶（calcium-dependent protein kinase，CDPK）發生級聯反應，一個蛋白激酶激活下游的蛋白激酶，像多米諾骨牌一樣，觸發之後便將這個信號放大傳遞下去。

級聯反應最終的結果可能是激發了其他能夠傳遞信息的蛋白，讓這個信息傳遞的更遠，也可能是改變了細胞的轉錄因子（transcription factors，TFs）。轉錄因子是細胞調控轉錄水平的重要元素，可以操控細胞是否要將這些DNA轉錄翻譯成為自己需要的蛋白質。圖中顯示的ARFs（auxin response factors）與ERFs（ethylene response factors）就是兩大類在植物激素調控過程中重要的轉錄因子，分別對生長素與乙烯產生響應，因此這兩種植物激素也在感受聲波的過程中發揮作用。同時，細胞膜在轉運進細胞大量Ca2+時也開放了K+通道，細胞內的活性氧（reactive oxygen species，ROS）也被激活，糖濃度也提高，這些因子共同作用下改變了基因的表達。

實線代表已經證實的調控通路，虛線代表還有待驗證

圖片來源：Plant acoustics: in the search of a sound mechanism for sound signaling in plants

J Exp Bot. 2016;67(15):4483-4494. doi:10.1093/jxb/erw235

聽到了消息，植物又是怎麼做出反應的呢?

聲波經過細胞骨架-細胞膜-細胞壁（cytoskeleton-plasma membrane-cell wall ，CPMCW）的感知，激活Ca2+、ROS，最後導致基因表達的改變，也就是聲波信號經過處理變成了細胞能理解的信息，並傳遞到了細胞調控生長的司令部——細胞核，讓細胞核內的遺傳物質知道需要進行下一步的活動。

隨後遺傳物質就開始指揮執行任務，基因表達改變使得植物激素一方面進行生物合成或抑制合成，另一方面進行信號響應，讓植物隨即做出相應改變以及運輸到特定的位置讓植物的其他部分也知道發生了什麼。同時也會進行一些防禦反應，例如次生代謝，很多用來讓植物自己變難吃或是毒暈昆蟲的物質都屬於次生代謝的產物。這些細胞和分子層面的變化，最終導致了植物生理層面的響應，比如產生物質去躲開那些昆蟲的啃咬或是伸長去夠向水源。

這些研究說明，植物當然聽得到你對它唱歌。不過是不是會長得更好就是另一個問題了，萬一唱得太難聽，對植物來說已經變成了雜訊污染，植物也是有可能把葉子都捲起來，然後死給你看的。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！