二、植物能嗅到什么 菟丝子的喜好

五角菟丝子(Cuscuta pentagona)的样子和一般的植物迥异。这是一种细长的橙红色藤蔓,可以长到3英尺高,开出五瓣的微小白花,整个北美洲都能见到它。菟丝子这类植物的独特之处在于,它没有叶片,而且因为没有叶绿素——这是一种能吸收太阳能量、供植物在光合作用中把光转化为糖类和氧气的色素——它的全株都不是绿色。菟丝子显然不能像大多数植物那样进行光合作用,所以它不能用光自行制造食物。了解了这些,我们也许会觉得菟丝子会饿死,然而事实与此相反,它活得很好。菟丝子靠另一种方式养活自己——它从邻近植物那里获取食物。它是一种寄生植物。为了生存,菟丝子把自己附着在寄主植物身上,长出一种附属器官深插到寄主植物的维管系统中,借此吸吮由寄主提供的养分。正因为如此,俗名“黄丝”的菟丝子会危害农业,并被美国农业部归入“恶性杂草”之列,也就毫不奇怪。不过,菟丝子真正令人着迷的地方在于,它居然还有口味偏好——在邻近的植物中它会挑出专门的种类来侵害。


五角菟丝子(Cuscuta pentagona

在探究菟丝子为什么具有非常挑剔刁钻的口味偏好之前,我们先来看看它的寄生生活是如何开始的。菟丝子的种子会像其他植物的种子那样萌发。埋在土壤中的种子开裂,新芽挺出地表,新根向泥土中钻去。然而,如果没能很快找到一棵赖以寄生的寄主植物的话,独自生长的菟丝子幼苗会死掉。在菟丝子幼苗生长时,它的茎尖会做小的圆周运动以探查周边的环境,就像我们被蒙上双眼,或是在夜半搜寻厨房灯时,会用双手不断摸索一样。这样的运动一开始看上去漫无目的,但如果菟丝子旁边紧邻着另一棵植物——比方说是一株番茄——它很快就会明显地向着能为它提供食物的番茄的方向弯曲、生长、打转,如此这般,直到找到番茄的叶。不过,菟丝子不会去碰番茄的叶子,而是向下继续运动,直到找到番茄的。最后的胜利一幕是,菟丝子缠绕在番茄茎上,把微小的突起刺入番茄的韧皮部(输送含糖汁液的管道),开始吸取糖分,以便能继续生长,最终开花。喔,在菟丝子欣欣向荣的时候,番茄却开始打蔫了。

康苏埃罗·德莫拉埃斯博士干脆把这一行为拍成了视频。她是宾州州立大学的一位昆虫学家,主要研究兴趣是了解昆虫和植物之间的挥发性化学信号传递。她有一个研究计划,主要目的就是希望能弄清楚菟丝子如何定位猎物。她发现,菟丝子藤蔓从来不向空花盆或放着假植物的花盆生长,从来都义无反顾地向着番茄生长——不管她把番茄放在光下还是阴暗中。德莫拉埃斯推断,菟丝子实际上是在番茄。为了检验这个假说,她和学生们把菟丝子放在一个密封箱中的花盆里,把番茄放在另一个密封箱中。两个箱子以一根管道连接,管道一端通入菟丝子所在的箱子,这可以让空气在两个箱子间自由流动。被隔离的菟丝子总是向着管道生长,这表明番茄释放了一种气味,通过管道飘送到了菟丝子所在的箱子,菟丝子很喜欢它。

如果菟丝子真的会追踪番茄的气味,那么德莫拉埃斯想,她也许可以制造一种番茄气味剂,看看菟丝子会不会喜欢这个。她制造了一些“番茄香水”,是番茄茎的提取物,她将其涂在棉签上,再把棉签放在插在花盆里的小棍上,这些小棍就位于菟丝子旁边。作为对照,她又把一些用于制造番茄气味剂的溶剂涂在棉签上,也放在插在菟丝子旁边的小棍上。正如先前预测的,她成功地欺骗菟丝子向散发番茄气味的棉签生长,以为那儿能找到食物,但菟丝子却并不向蘸着溶剂的棉签生长。

毋庸置疑,菟丝子靠嗅植物来寻找食物。但正如我前面说过的,这种恶性杂草有它的偏好。如果让它在一株番茄和几株小麦之间选择,它会选择番茄。如果你把菟丝子放在和两个花盆——一个种着小麦,一个种着番茄——等距的地方任其生长,菟丝子会伸向番茄。就算是用气味剂而不是整株植物来做实验,比起“小麦香水”来,菟丝子也更偏爱“番茄香水”。

就基本化学成分而言,“番茄香水”和“小麦香水”是非常相似的,二者都含有β-月桂烯,这是一种挥发性物质(已知的数百种单元性气味物质的一种),本身足以引诱菟丝子向其生长。那么,偏好由何而来呢?一个显而易见的推测是,偏好和气味的复杂性有关。除了β-月桂烯,番茄还释放能吸引菟丝子的另两种挥发物,这让它的香气成为菟丝子完全不能抵挡的诱惑。然而,小麦就只含有β-月桂烯这一种引诱菟丝子的气味物质,番茄所含的另两种物质小麦都没有。更何况,小麦不仅散发的引诱剂较少,还会释放(Z)-3-己烯-1-基乙酸酯。比起β-月桂烯吸引菟丝子来,这种物质驱逐菟丝子的效力更大。实际上,菟丝子是在背离(Z)-3-己烯-1-基乙酸酯生长,它觉得小麦实在是太恶心了。