图片来源：Little Shop of Horrors
不要以为植物很安静，受到什么打击都不声不响。其实是我们的耳朵，没听到它们的声音……
撰文 | 栗子
审校 | Clefable
人类在承受压力又无处释放的时候，可能会跑去一个空旷的地方用力大喊，仿佛这样就能把积压的情绪排出体外，消散在空气里。
假如是一株植物遭遇生存压力，想到处乱跑或许不大现实。但即便不能轻易移动，它发出的声音依然可以穿过空气，飘去更远的地方。
通常，人类只靠自己的耳朵很难听到这些声音，才会以为植物是一群沉默的生命。但实验室里的科学家们却在设备的帮助下，收集到了植物“呐喊”时的声波。
当然，在此之前研究人员要先施加一些伤害，才能逼得植物喊出声来。所以，他们到底做了什么？
受了伤，就尖叫
来自以色列特拉维夫大学的伊扎克·凯特（Itzhak Khait）和他的同事，为了捕捉植物的声音，给它们设定好两种困境，一是干旱，二是茎被切割。
接受这些考验的选手，都是我们比较常见的植物，番茄和烟草。实验开始前，它们都在湿润的土壤中健康地生长。而实验开始后，植物的命运就有了分别：一部分再也没被浇水，一部分被切断了茎，还有一部分继续在正常的条件下生活，是对照组。
图片来源：原论文
实验在隔音箱里进行，收音设备就放在距离植物10厘米远的地方，听着植物受到不同伤害之后，都会发出怎样的声音。
结果，不论是遭受干旱胁迫的植物，还是茎被切断的植物，都发出了不小的声响：音量在65分贝左右（通常两人面对面讲话的音量约有60分贝），频率在20 000~100 000赫兹之间，是超声波。
人类的耳朵，大概只能听到20~20 000赫兹之间的声音，且随着年龄渐老，这个范围还会缩小。所以，如果把收音设备换成一个人，站在距离植物10厘米远的地方，不太可能捕捉到那么高频率的“尖叫”。
这些叫喊声，还来得十分频繁。受到干旱胁迫的番茄植株，平均每小时发出35声，烟草植株是11声。而当茎被切割，番茄植株在接下来的一小时内，平均发出25声，烟草植株则是15声。相比之下，没有遭遇干旱又没有被切割的植物，只是偶尔发出声音，平均每小时测不到一次。
所以科学家相信，这些超声波就是植物面临生存压力时做出的反应。当然，除了缺水和被切，植物还会面临许多其他的压力，未必每一种都能形成尖叫声。
这声音是怎么产生的？
声音，无非是物体在振动。
早在上世纪60年代，就有科学家在植物干旱时检测到了振动，并且相信那些振动是空穴现象（cavitation）带来的。缺少水分时，植物的木质部当中，水里溶解的空气会形成气泡，然后气泡不断膨胀乃至爆裂，这便是一种空穴现象。
而空穴现象会让植物体内的应力重新分布，当应力在一个部位集中起来，就有可能快速释放出大量的能量：是机械能转化为了声能，所以这个过程被称作“声发射”（Acoustic Emission，AE）。
1966年的研究中，科学家在蓖麻的叶子和叶柄上，都检测到了振动（图片来源：Milburn & Johnson）
半个多世纪前的研究者，正是通过检测植物发射出的波形，发现了它在振动。如今在工业上，人们也常常用声发射的原理，来检验一块材料有没有缺陷。如果利用多枚传感器，还可以确定缺陷所在的具体位置。
只不过，用声发射来检测某块材料或某株植物的时候，通常需要把传感器直接连在被测的物体上。所以在过往研究当中，科学家虽然捕捉到植物的声音，但声波都是依靠植物体本身来传播、并被设备接收到的，不能证明外界也有机会听到那些声音。
但这一次，特拉维夫大学的研究团队把收音设备放在10厘米远的地方，就证明了植物在缺水或是遭受切割的情况下，发出的超声波确实在空气里传播了。而这意味着，即便人类听不到，还可能有其他动物听得到。
科学家说，他们收集到的那些超声波，对许多哺乳动物（如小鼠）和昆虫（如蛾）来说，站在3~5米之外也可能听到。这对研究者来说十分重要。
超声波和超声波，还有区别
研究团队发现，虽然在干旱和茎被切割时，植物都发出了超声波，但在两种不同的压力之下，植物发出的超声波还是有些差别。
具体说来，他们写了一个机器学习算法，也就是AI，把两种情况下收集到的声波投喂给AI，帮它训练出区分干旱植物和被切植物的能力。训练完成后，AI分辨二者的正确率超过了70%。
这就表示，干旱植物发射的声波，与茎被切断的植物发射的声波，对AI来说有所不同。而AI能分辨出二者的差别，其他动物听了也有可能分辨出来。
科学家说，如果某种在植物身上寄生的昆虫，能听出声波中的不同，就有可能利用这个信息，让自己不要在一株干旱的植物上产卵。如果有一种在植物身上取食的昆虫，它的天敌能听出声波中的不同，就有机会顺着声波传来的方向奔去，捕捉到更多的昆虫，保护植物的安全。
植物对声音有所感知（图片来源：doi:10.3389/fpls.2018.00025）
另外，能听到声音的不只是动物。过往的研究显示，植物也拥有很强的感知能力，除了对触摸有反应（如含羞草会闭合），对包含声音在内的许多刺激也都有反应。如果一株植物陷入了干旱的困境，而另一株植物听到它的尖叫声，同样可能触发某种机制来保护自己。
当然，在这些想法得到证实之前，科学家们还有很长的路要走。
原论文：
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/507590v4.full
参考链接：
https://academic.oup.com/jxb/article/64/15/4779/460888
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24557825/
https://www.newscientist.com/article/2226093-recordings-reveal-that-plants-make-ultrasonic-squeals-when-stressed/
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.00025/full
《环球科学》2月新刊销售中
