2022年02月24日 09:00
【科學快訊】
不要以為植物很安靜，受到什麼打擊都不聲不響。其實是我們的耳朵，沒聽到它們的聲音……
撰文 | 栗子
審校 | Clefable
人類在承受壓力又無處釋放的時候，可能會跑去一個空曠的地方用力大喊，仿佛這樣就能把積壓的情緒排出體外，消散在空氣裏。
假如是一株植物遭遇生存壓力，想到處亂跑或許不大現實。但即便不能輕易移動，它發出的聲音依然可以穿過空氣，飄去更遠的地方。
通常，人類只靠自己的耳朵很難聽到這些聲音，才會以為植物是一群沉默的生命。但實驗室裏的科學家們卻在設備的幫助下，收集到了植物「呐喊」時的聲波。
當然，在此之前研究人員要先施加一些傷害，才能逼得植物喊出聲來。所以，他們到底做了什麼？
受了傷，就尖叫
來自以色列特拉維夫大學的伊紮克·凱特（Itzhak Khait）和他的同事，為了捕捉植物的聲音，給它們設定好兩種困境，一是幹旱，二是莖被切割。
接受這些考驗的選手，都是我們比較常見的植物，番茄和煙草。實驗開始前，它們都在濕潤的土壤中健康地生長。而實驗開始後，植物的命運就有了分別：一部分再也沒被澆水，一部分被切斷了莖，還有一部分繼續在正常的條件下生活，是對照組。
實驗在隔音箱裏進行，收音設備就放在距離植物10厘米遠的地方，聽著植物受到不同傷害之後，都會發出怎樣的聲音。
結果，不論是遭受幹旱脅迫的植物，還是莖被切斷的植物，都發出了不小的聲響：音量在65分貝左右（通常兩人面對面講話的音量約有60分貝），頻率在20 000~100 000赫茲之間，是超聲波。
人類的耳朵，大概只能聽到20~20 000赫茲之間的聲音，且隨著年齡漸老，這個範圍還會縮小。所以，如果把收音設備換成一個人，站在距離植物10厘米遠的地方，不太可能捕捉到那麼高頻率的「尖叫」。
這些叫喊聲，還來得十分頻繁。受到幹旱脅迫的番茄植株，平均每小時發出35聲，煙草植株是11聲。而當莖被切割，番茄植株在接下來的一小時內，平均發出25聲，煙草植株則是15聲。相比之下，沒有遭遇幹旱又沒有被切割的植物，只是偶爾發出聲音，平均每小時測不到一次。
所以科學家相信，這些超聲波就是植物面臨生存壓力時做出的反應。當然，除了缺水和被切，植物還會面臨許多其他的壓力，未必每一種都能形成尖叫聲。
這聲音是怎麼產生的？
聲音，無非是物體在振動。
早在上世紀60年代，就有科學家在植物幹旱時檢測到了振動，並且相信那些振動是空穴現象（cavitation）帶來的。缺少水分時，植物的木質部當中，水裏溶解的空氣會形成氣泡，然後氣泡不斷膨脹乃至爆裂，這便是一種空穴現象。
而空穴現象會讓植物體內的應力重新分布，當應力在一個部位集中起來，就有可能快速釋放出大量的能量：是機械能轉化為了聲能，所以這個過程被稱作「聲發射」（Acoustic Emission，AE）。
1966年的研究中，科學家在蓖麻的葉子和葉柄上，都檢測到了振動（圖片來源：Milburn & Johnson）
半個多世紀前的研究者，正是通過檢測植物發射出的波形，發現了它在振動。如今在工業上，人們也常常用聲發射的原理，來檢驗一塊材料有沒有缺陷。如果利用多枚傳感器，還可以確定缺陷所在的具體位置。
只不過，用聲發射來檢測某塊材料或某株植物的時候，通常需要把傳感器直接連在被測的物體上。所以在過往研究當中，科學家雖然捕捉到植物的聲音，但聲波都是依靠植物體本身來傳播、並被設備接收到的，不能證明外界也有機會聽到那些聲音。
但這一次，特拉維夫大學的研究團隊把收音設備放在10厘米遠的地方，就證明了植物在缺水或是遭受切割的情況下，發出的超聲波確實在空氣裏傳播了。而這意味著，即便人類聽不到，還可能有其他動物聽得到。
科學家說，他們收集到的那些超聲波，對許多哺乳動物（如小鼠）和昆蟲（如蛾）來說，站在3~5米之外也可能聽到。這對研究者來說十分重要。
超聲波和超聲波，還有區別
研究團隊發現，雖然在幹旱和莖被切割時，植物都發出了超聲波，但在兩種不同的壓力之下，植物發出的超聲波還是有些差別。
具體說來，他們寫了一個機器學習算法，也就是AI，把兩種情況下收集到的聲波投喂給AI，幫它訓練出區分幹旱植物和被切植物的能力。訓練完成後，AI分辨二者的正確率超過了70%。
這就表示，幹旱植物發射的聲波，與莖被切斷的植物發射的聲波，對AI來說有所不同。而AI能分辨出二者的差別，其他動物聽了也有可能分辨出來。
科學家說，如果某種在植物身上寄生的昆蟲，能聽出聲波中的不同，就有可能利用這個信息，讓自己不要在一株幹旱的植物上產卵。如果有一種在植物身上取食的昆蟲，它的天敵能聽出聲波中的不同，就有機會順著聲波傳來的方向奔去，捕捉到更多的昆蟲，保護植物的安全。
另外，能聽到聲音的不只是動物。過往的研究顯示，植物也擁有很強的感知能力，除了對觸摸有反應（如含羞草會閉合），對包含聲音在內的許多刺激也都有反應。如果一株植物陷入了幹旱的困境，而另一株植物聽到它的尖叫聲，同樣可能觸發某種機制來保護自己。
當然，在這些想法得到證實之前，科學家們還有很長的路要走。
原論文：
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