植物能听见你唱歌吗？这个令达尔文困扰的问题有了答案

      植物没有长脚，不能在有昆虫攻击的时候拔腿就跑；植物也不会说话，不能在一群羊跑来的时候大叫告诉伙伴快躲起来。但是这些都不意味着植物不能感知这个世界，不能对纷繁复杂的情况作出自己的反应。

      虽然向日葵不会在夕阳西下时一个猛甩头掉一地瓜子，但喜阳的植物的确会努力地朝着光生长，伸长自己的枝条。把圆圆的种子丢进土里，即便我们并不会特别将种子分个正反，但发芽之后，根还是会钻进土里，小小的子叶也会顶出土层。含羞草会在触碰它的时候开启防御模式，收起自己的叶子，捕蝇草也会在昆虫触碰的时候，悄悄地合起来享受一顿美餐。这些现象让我们知道植物看似静静悄悄又一动不动地生活在这个世界上，其实它们能积极地对光、重力和触摸做出响应，那么我们对它们唱歌，它们听得到么？

      高冷的杀手里昂也内心温暖的照顾着自己热爱的绿植，那盆植物会喜欢他拉的小提琴曲么？很多养花的人会也觉得，冲着花花草草放音乐能让它们长得更好，这似乎意味着音乐有利于植物的生长。有的时候把植物当作自己的朋友，冲它吐槽一天的经历，跟一棵植物碎碎念看起来有点神经病，但是，植物真的会对声音做出响应。
      不光是照顾植物的普通人对此感兴趣，达尔文也好奇过这个问题，他曾经发现摆放在桌子上的幼苗会对桌子的震动做出响应，因此让他的儿子Francis进行了这项自己认为很蠢的实验：对着植物吹低音管，去观察幼苗是否会对声音进行响应。不过，很可惜这位最早发现植物会对光响应的科学家，并没有如愿以偿地找出音乐和幼苗的生长状态有什么明确的关系。
      但目前的研究显示，声音的确会对植物产生细微的影响。
      最初，科学家们发现了很多现象证明了植物的确会对声音产生响应。比如利用超声波处理种子，能够提高种子的发芽率。此外对玉米幼苗进行特定频率声音的刺激，幼苗的根会朝向其生长。
      随着研究的深入，研究者们发现了植物更具体的变化。中国的研究人员针对菊属离体的愈伤细胞研究表明，1.4 kHz、0.095 kdb的声音能够特定的刺激植物细胞产生生长素，抑制脱落酸产生。韩国的研究者在光照条件和黑暗条件下，用一些频率的声音刺激植物，能够使rbcS和ald表达量上调。这些基因属于光响应基因，这说明声音在基因表达调控的过程中可能替代光的作用。
      当昆虫在吃叶子发出声音时，植物会产生更多的油来吓跑昆虫。这听起来像是无稽之谈，但是2014年的研究表明，毛毛虫咀嚼叶子造成的声音，就足以刺激拟南芥产生更多用于防御的次生代谢物。“嘎吱嘎吱”，植物听到了危险来临的警报，迅速合成次生代谢物，让自己变得难吃一点，或是产生一点有毒的东西让虫子们一命呜呼，也可能产生像烽火台上的狼烟一般的信号，告诉虫子的天敌们“这里有好吃的，快来，顺道帮我把这些可恶的家伙处理掉。”
      根也长着听到水声的“耳朵”，根在黑暗的土地里靠着细胞内外的水分梯度来吸饱水分，但是根是怎么知道哪里有水呢？它们的“耳朵”在探测水源的过程中发挥了作用。研究人员发现即便在外界缺乏水分的情况下，植物的根能够探测出旁边在水管中流动的水声。而且在声音和水分梯度都探测到的情况下，倾向于使用水分梯度的信号，这也就说明植物是利用声音信号来寻找更远处的水源。
      那么，植物又是怎么感知声音的呢？
      声波震动（sound vibrations，SVs）最开始改变了细胞壁，同时导致维持细胞形态的细胞骨架的微纤丝重排，这些让细胞膜（plasma membra ne，PM）最开始感受到了声波。随后细胞膜将这一信号传递给细胞内，细胞膜上的受体收到了声波信号，开放了能够将细胞外的Ca2+运输到细胞内的转运通道，这样大量的Ca2+涌入细胞内，此时细胞就已经把声音的震动信号转变成了细胞能够理解和传递的离子信号，这些Ca2+刺激细胞发生一系列的反应。比如刺激蛋白激酶（calcium-dependent protein kinase，CDPK）发生级联反应，一个蛋白激酶激活下游的蛋白激酶，像多米诺骨牌一样，触发之后便将这个信号放大传递下去。
      级联反应最终的结果可能是激发了其他能够传递信息的蛋白，让这个信息传递的更远，也可能是改变了细胞的转录因子（transcription factors，TFs）。转录因子是细胞调控转录水平的重要元素，可以操控细胞是否要将这些DNA转录翻译成为自己需要的蛋白质。图中显示的ARFs（auxin response factors）与ERFs（ethylene response factors）就是两大类在植物激素调控过程中重要的转录因子，分别对生长素与乙烯产生响应，因此这两种植物激素也在感受声波的过程中发挥作用。同时，细胞膜在转运进细胞大量Ca2+时也开放了K+通道，细胞内的活性氧（reactive oxygen species，ROS）也被激活，糖浓度也提高，这些因子共同作用下改变了基因的表达。
       听到了消息，植物又是怎么做出反应的呢?
       声波经过细胞骨架-细胞膜-细胞壁（cytoskeleton-plasma membrane-cell wall ，CPMCW）的感知，激活Ca2+、ROS，最后导致基因表达的改变，也就是声波信号经过处理变成了细胞能理解的信息，并传递到了细胞调控生长的司令部——细胞核，让细胞核内的遗传物质知道需要进行下一步的活动。
       随后遗传物质就开始指挥执行任务，基因表达改变使得植物激素一方面进行生物合成或抑制合成，另一方面进行信号响应，让植物随即做出相应改变以及运输到特定的位置让植物的其他部分也知道发生了什么。同时也会进行一些防御反应，例如次生代谢，很多用来让植物自己变难吃或是毒晕昆虫的物质都属于次生代谢的产物。这些细胞和分子层面的变化，最终导致了植物生理层面的响应，比如产生物质去躲开那些昆虫的啃咬或是伸长去够向水源。
       这些研究说明，植物当然听得到你对它唱歌。不过是不是会长得更好就是另一个问题了，万一唱得太难听，对植物来说已经变成了噪声污染，植物也是有可能把叶子都卷起来，然后死给你看的。