植物都不甘受蛀食,所以许多植物都有一些引人注目的防卫措施,包括拥有强毒性的化学武器。不仅如此,按照布法罗国立纽约大学的伊恩 · 鲍德温(Ian Baldwin)的见解,毛虫大颚的咬啮和兔子牙齿的啃嚼都会长留在植物的“记忆”之中。他向美国科学促进会(AAAS)报告说:植物在受到攻击的时候,只要一点儿刺激,立刻就会释放毒素。
而有些植物却拥有可以看得见的防卫措施,例如具有坚硬的刺或多毛的表面等,这都会给取食者造成实际困难;许多植物则倚仗化学武器以驱逐可能的食者。但是植物为了持久的防务必须付出高昂的代价,只有将资源先配置在它的武库上才有可能更好的生长和繁殖。所以大多数植物都制造一些化学驱避物质,例如生物碱、酚类,而只要需要还制造出萜烯类物质来。
开始制造毒素会需要时间,因此在若干小时内植物易受伤害。但是受到攻击仍幸存下来的植物在下次受到威胁时会加紧制造防卫化学物质,鲍德温说 :这意味着由于早期的经验已使它们作好了准备。
整整3年过去了,研究者已找到一组叫做素馨酮类的化学物质,由这类物质负责向该植物的其余部分发出求助信号。有一种“信号转换通道”在工作着,这差不多和哺乳动物一样:负伤激发了化学物的产生,而化学物又在身体其余各部分内激起种种反应。
用具有强毒性的尼古丁作自我防卫的烟草类植物在受到攻击时会受激发而产生一种称之为素馨酸的信使化学物。比如说,一只毛虫去咬吃一片烟叶,烟叶就会制造更多的素馨酸。素馨酸传播到烟草的根部,就会刺激尼古丁的产生。尼古丁被送回烟叶的前沿,而由于尼古丁浓度的提高,最终几乎会使大多数坚持咬吃的毛虫放弃取食。
从前用智利的一种野生烟草(Nicotiana syluestris)作过温室实验,证明在昆虫咬食的5分钟之内其叶内素馨酸含量开始增大。2小时之内,素馨酸抵达根部,而在5小时后,激增的尼古丁已到达叶片。鲍德温说 :“在这种野生植物上,毛虫可能在20小时之内还感觉不到尼古丁的增加”。这似乎是滞后的,可是某些种毛虫会在一个令期内都在吃一片叶子。
烟草类植物一见被激发,就能产生大量的尼古丁。另一种产自犹他州名叫Nicotiana attenuata的野生烟草在毛虫吃食之后,尼古丁在其叶片中的积累速度将足前者的2倍。鲍德温说:“而哺乳动物吃过以后,这种植物将以4倍的速度积累尼古丁。”他又说:有些叶子在每克叶片组织中能含尼古丁120毫克,足以使100头骆驼中毒。
动物的免疫系统记住了以前所接触的病原体,所以能对下次受攻击作出较快的反应。鲍德温觉得植物可能有相同的反应,因而用N. Sylvestris来检验他的这一设想。为了避免对植物造成明显的损伤,这种损伤会使实验结果混乱不清,鲍德温将植物的根暴露在素馨酸中,如果植物受到攻击,就会收到这种物质的信号。在整整18天期间,他给植物以1,2,3份素馨酸的剂量,各次用量之间有6天的停歇以使植物有作出蔫萎反应的时间。
先使植物得到2份量的素馨酸,它们对第三份量的反应就比另两组植物快得多,尼古丁含量的增加早了2天。鲍德温说:“这说明植物确实有记忆力”。“它们最后都积累了同样多的尼古丁,但这是靠了对以前曾暴露于使之具有较快反应的素馨酸中的记忆的结果”。
植物是否能以这种防卫信号为武器而将害虫驱除,则取决于植物的防卫速度是否会制造出达到这一目的的毒素差额。鲍德温说:“速度的作用我们还不了解。假如速度是关键,则将植物暴露在提供此种信号的分子之中,便可提高植物的抵抗力”。
[New Scientist,1995年3月4日]