GIF:注入葉子的穀氨酸會觸發防禦信號。
我們往往認為植物是無助的，被動的綠色斑點，但在一項引人入勝的新研究中，科學家們使用熒光燈來觀察植物內的警報信號，展示了我們的光合作用朋友是如何調動他們的防禦能力的。
今天發表在《科學》雜誌上的一項新研究，對植物受到攻擊時發生的信號活動提出了前所未有的觀點。植物受到傷害一兩秒鐘後，像被毛毛蟲咬了一口，一個警告信號從傷口的位置發出，在不到120秒的時間內傳遍整個植物。植物現在意識到自己受到了攻擊 - 或者至少是像植物一樣"意識到" - 可以通過釋放化學的對抗措施來應對威脅。
科學家們對這種系統範圍內的信號系統已經瞭解了很長一段時間，但是這項由來自威斯康辛大學麥迪遜分校、日本科學技術署和其他幾家機構的研究人員進行的新研究，首次展示了這種出色的防禦機制。更重要的是，這項研究為神經系統（如信號傳導）背後的生物學過程提供了新的見解。
捲心菜毛蟲吃掉芥菜植株的葉子，在植株上激起一波鈣。
"我們知道，如果你纏繞一片樹葉，你會得到一個電荷，你得到了在植物中傳播的東西，"UWM教授，也是這項新研究的共同作者，植物學家Simon Gilroy在一份聲明中說。"是什麼引發了這種電荷，以及它是如何在植物內移動的，目前尚不清楚。"
Gilroy和他的同事Masatsugu Toyota領導了這項研究，他們懷疑鈣與此有關。鈣離子能產生電荷，在植物中起信號作用，特別是對環境變化的反應。科學家們一直在努力將植物內部的這種運動形象化，從而找到了一個相當迷人的解決方案。為了實時觀察鈣的運動，Toyota和他的同事通過生物工程使植物生產出一種能在鈣周圍發出熒光的蛋白質，就像聖誕樹一樣照亮植物的內部。通過使用先進的顯微鏡和生物傳感器，研究人員能夠追蹤鈣在各種傷害下的存在和體積，包括毛蟲咬傷、剪刀剪傷和被壓傷造成的傷害。
在對芥菜植物進行試驗時，研究人員觀察到，當鈣從損傷處湧向其他葉子時，植物就會發光。信號以每秒一毫米的速度傳播，這足以在不到兩分鐘的時間內到達植物的最遠角落。鈣脈衝能夠通過植物的血管或循環系統傳播。
在警告信號完全傳播後，葉子開始釋放與防禦相關的激素，為未來的攻擊做準備。植物除了釋放化學物質來啟動修復過程外，還能釋放有害的、對昆蟲不友好的化學物質。
未受傷的葉子顯示遠處葉子受傷後鈣的流動。
這項最新的研究擴展了瑞士科學家Ted Farmer所做的工作，他之前的研究表明，防禦相關的電信號依賴於穀氨酸 - 一種哺乳動物中的重要神經遞質和植物中的信號傳導因子。在第二項實驗中，Toyota和他的同事證明，通過兩種特定的基因突變，在那些釋放穀氨酸的能力被剝奪的植物中，遠程信號消失了。這有力地表明，當穀氨酸在受傷部位釋放時，會引發鈣的爆發 - 這是一種在植物中沒有記錄的作用。
生物學家Gloria Muday和Heather Brown-Harding在隨附的《科學:洞察》雜誌的一篇文章中寫道，研究人員需要進行進一步的實驗來證明，不是穀氨酸鹽在植物周圍長距離移動，而是鈣。
對於一個沒有中樞神經系統的不能移動的有機體來說，這真是太神奇了。植物不能逃跑，也不能用牙齒和爪子咬回來，但它們也不是完全沒有防禦能力的。
閱讀更多 科學貓科普 的文章
