植物如何感知環(huán)境

植物有著超出想象的感知能力。為了生存，植物已經(jīng)進(jìn)化出能感知周圍刺激并作出響應(yīng)的能力——有些植物在被觸碰時(shí)會(huì)迅速閉合；還有一些則會(huì)在接觸有毒氣味時(shí)向內(nèi)卷曲；當(dāng)然，還有大家都熟悉的，大多數(shù)植物都能會(huì)對(duì)光作出反應(yīng)，向陽而生，茁壯成長(zhǎng)。

植物也能夠感知重力。植物的根向下生長(zhǎng)，而嫩芽則逆著重力向上伸展。植物感知并響應(yīng)重力的一種方式，是借助它們體內(nèi)的平衡石——植物細(xì)胞內(nèi)的一種微小的細(xì)胞器。

平衡石的密度高于細(xì)胞質(zhì)，能在細(xì)胞內(nèi)部漂移并下沉，就像一粒沙子在一罐水中緩緩沉降一樣。當(dāng)平衡石最終沉到底部時(shí)，它停留在細(xì)胞膜上的位置就反映了重力的方向，進(jìn)而為種子的根或芽應(yīng)朝哪個(gè)方向生長(zhǎng)提供信號(hào)。促使種子和幼苗生長(zhǎng)、萌發(fā)。科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果平衡石被移開原先的位置，那么它們的位移會(huì)成為一種信號(hào)，這也會(huì)觸發(fā)種子和幼苗生長(zhǎng)、萌發(fā)。

一個(gè)未知的謎題是：聲音是否足以搖動(dòng)平衡石，并刺激種子生長(zhǎng)？如果可以，那么自然界中什么樣的聲音強(qiáng)到足以產(chǎn)生這種效果？這正是一項(xiàng)新發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》的研究所探索的問題。在這項(xiàng)研究中，研究人員利用水稻種子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，下落的雨滴產(chǎn)生的聲音，能把種子從休眠狀態(tài)中“震醒”，促使它們比未暴露于同類聲振動(dòng)的種子更快萌發(fā)。

雨聲如何喚醒種子

研究人員先是查閱了上世紀(jì)80年代的一些相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)雨滴擊中水面后在水下產(chǎn)生的聲音，比空氣中的雨聲明顯強(qiáng)得多。這種區(qū)別與水的密度比空氣大有關(guān)，所以同樣一滴雨，在水下會(huì)產(chǎn)生更大的壓力波。

因此，一顆位于雨滴撞擊點(diǎn)幾厘米范圍內(nèi)的種子，在水中或土壤中承受的聲壓，大致相當(dāng)于空氣中距離噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)幾米處所承受的聲壓。這促使研究人員懷疑，這種由降雨激發(fā)的聲波，可能足以搖動(dòng)平衡石，并進(jìn)一步刺激種子生長(zhǎng)。

為了驗(yàn)證這一想法，他們對(duì)水稻種子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。水稻天然生長(zhǎng)在淺淺積水的田地中，它們既可以在土壤中萌發(fā)，也可以在淺水中萌發(fā)。

在大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)將大約8,000粒單獨(dú)的水稻種子浸沒在淺水容器中，并讓其中一部分暴露在滴水的環(huán)境下。這些種子被放置在離落下水滴足夠遠(yuǎn)的位置，因此到達(dá)它們的只有聲波，而不是雨滴本身的直接沖擊。研究團(tuán)隊(duì)還改變了每一滴水滴的大小和下落高度，以模擬小雨、中雨和大雨條件下的雨滴。

他們還使用水聽器測(cè)量了水滴在水下產(chǎn)生的聲學(xué)振動(dòng)，并將這些測(cè)量結(jié)果與野外實(shí)地錄音進(jìn)行了比較，例如雨天在水坑、池塘、濕地和土壤中采集到的記錄。通過比較研究，他們證實(shí)了實(shí)驗(yàn)室中制造的水滴，確實(shí)產(chǎn)生了與自然界降雨相似的聲學(xué)振動(dòng)。

在觀察水稻種子的過程中，他們發(fā)現(xiàn)，那些暴露于雨滴聲中的種子組，萌發(fā)速度比未暴露于雨聲、但其他條件完全相同的種子組快了30%到40%。他們還發(fā)現(xiàn)，與埋得更深或距離更遠(yuǎn)的種子相比，靠近表層的種子更能感知水滴產(chǎn)生的聲音，也因此生長(zhǎng)得更快。

這樣的結(jié)果表明，水滴的聲音與種子的生長(zhǎng)能力之間存在聯(lián)系。研究人員提出，能夠感知雨聲的種子可能具有一種生物學(xué)優(yōu)勢(shì)：如果它們離表面足夠近，近到能夠?qū)τ曷曌鞒龇磻?yīng)，那么它們很可能正處在一個(gè)最佳深度，既能吸收到水分，又能安全地向上長(zhǎng)出地表。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了計(jì)算，以判斷雨滴造成的物理振動(dòng)是否足以搖動(dòng)種子內(nèi)部微觀尺度的平衡石。如果答案是肯定的，這就能指向聲音直接刺激植物生長(zhǎng)的作用機(jī)制。

在計(jì)算中，他們將雨滴的大小和最終速度納入考慮，并據(jù)此算出了雨滴會(huì)產(chǎn)生多大幅度的聲振動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步確定了這些在水中或土壤中的振動(dòng)會(huì)在多大程度上推動(dòng)或搖動(dòng)浸沒、埋藏的種子，以及被搖動(dòng)的種子又會(huì)如何影響單個(gè)細(xì)胞中的微觀平衡石。

結(jié)果表明，他們的計(jì)算結(jié)果與在水稻種子上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致：雨聲確實(shí)能夠撼動(dòng)并搖動(dòng)種子的平衡石。這種機(jī)制很可能正是植物能夠“感知”雨聲并作出生長(zhǎng)響應(yīng)的根本原因。

雨聲感知的意義

這項(xiàng)研究首次直接證明了植物種子和幼苗能夠感知自然界中的聲音。它表明，種子能夠以有助于自身生存的方式感知聲音。而雨聲所攜帶的能量，足以加快種子的生長(zhǎng)。

研究人員懷疑，雨聲與風(fēng)等其他自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的振動(dòng)具有相似性。他們還推測(cè)，除了水稻之外，許多類似類型的種子也可能會(huì)對(duì)雨聲作出反應(yīng)。他們計(jì)劃在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，探查植物還可能感知哪些其他自然振動(dòng)和聲音。

#參考來源：

https://news.mit.edu/2026/plants-can-sense-sound-rain-new-study-finds-0422

https://www.nature.com/articles/s41598-026-44444-1

#圖片來源：

封面圖&首圖：Cadine Navarro via MIT News