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植物已經進化出許多針對食草動物的直接防禦機制，例如荊棘、光滑的葉子、致命的毒素和刺激性樹脂。但一些植物也採用間接防禦機制，釋放出吸引食草動物天敵的化學物質。例如，當毛毛蟲開始啃食菸草植物時，葉子會散發出揮發性化合物，從而吸引一些捕食性和寄生性昆蟲。這些捕食者會捕食毛毛蟲及其卵，從而減少攻擊者的數量，這對植物有利。現在，研究人員已經揭示了植物化學求救訊號的一個驚人秘密，這可能為對抗農作物害蟲提供新的方法。
兩種研究最深入的化學警報訊號（稱為食草動物誘導的植物揮發物 (HIPV)）是萜類化合物和綠葉揮發物 (GLV)。萜類化合物從整株植物中釋放出來，而不僅僅是從受損的葉子中釋放出來，通常在攻擊發生後一天才釋放。研究人員知道某些萜類化合物會吸引特定的寄生蟲到它們偏好的寄主。換句話說，這些化學物質向寄生蟲傳遞了一個非常明確的資訊：嘿，這裡有一個又大又多汁的食草動物！
相比之下，GLV 會立即從任何受傷的葉子中釋放出來，無論它如何受損。例如，這些揮發物是剛修剪過的草坪特有的氣味的原因。研究人員從未了解過寄生蟲和捕食性昆蟲如何區分僅僅因機械損傷而釋放的 GLV 和被食草動物圍攻的葉子釋放的 GLV。
8 月 26 日發表在《科學》雜誌上的一項新的研究表明，被食草動物損傷的葉子釋放的 GLV 組合與機械損傷的葉子釋放的 GLV 不同。此外，研究結果表明，植物並沒有直接改變其警報訊號，而是飢餓的食草動物的口腔分泌物中的某種物質導致了這種化學變化。食草動物一旦開始咀嚼就會暴露自己，從而向該地區的任何捕食者暴露其位置。
“一直有人認為，立即從植物中釋放出的 GLV 對捕食者也具有吸引力，”康奈爾大學植物揮發物專家、未參與這項新研究的安德烈·凱斯勒解釋說。“但尚不清楚捕食者如何區分機械損傷和食草動物的取食，而這正是這篇論文徹底解決的問題。這是一個非常精彩的證實。”
在新的工作中，德國耶拿的馬克斯·普朗克化學生態研究所的西爾克·阿爾曼和她的同事研究了菸草植物（Nicotiana attenuata）和一種叫做菸草天蛾幼蟲（Manduca sexta）的毛毛蟲。首先，研究人員在菸草植物的葉子上打孔，並分析了它們釋放的揮發性化合物。為了響應這種機械損傷，菸草葉子一致地散發出一種典型的 GLV 組合：具體而言，它們釋放出一種 GLV（Z-GLV）多於另一種（E-GLV）。
在測試機械損傷的葉子時，研究人員發現，施用毛毛蟲唾液顯著增加了 E-GLV 的含量。此外，當研究人員允許活毛毛蟲啃食菸草植物時，他們測量到 E-GLV 的含量也同樣增加。也就是說，當菸草植物的葉子被毛毛蟲損傷或暴露於它們的唾液時，它們散發出的香味與植物遭受機械損傷時略有不同。
為了測試捕食性昆蟲是否真的能夠找到這種細微的差異，研究人員去了猶他州西南部的大盆地沙漠，在那裡他們將菸草天蛾幼蟲卵粘在野生菸草植物葉子的背面。在這些葉子下面的土壤中，他們放置了浸泡在羊毛脂糊中的棉籤，羊毛脂糊中加入了不同比例的每種型別的 GLV。一些棉籤揮發出更多的 E-GLV，這模擬了毛毛蟲損傷的葉子，而另一些棉籤揮發出更多的 Z-GLV，這複製了機械損傷訊號。然後研究人員等待著——特別是等待著一種被稱為大眼蟲（Geocoris）的捕食性昆蟲，它們用尖銳的口針刺穿毛毛蟲卵並吸出汁液。
經過一天的等待，研究人員發現，在主要散發出 E-GLV 的棉籤附近的葉子上，大眼蟲攻擊了 24% 的卵，而在 Z-GLV 飽和的棉籤附近，只有 8% 的卵被攻擊。“這告訴我們，大眼蟲能夠區分 Z-GLV 和 E-GLV，並且更喜歡那些表明有毛毛蟲存在的 GLV，”阿爾曼說。
該研究解決的最後一個問題是，毛毛蟲唾液如何觸發植物釋放更多的 E-GLV。透過實驗室測試，研究人員發現毛毛蟲唾液本身似乎將 Z-GLV 轉化為 E-GLV。此外，煮沸毛毛蟲唾液會使其無法進行這種轉化，這表明某種蛋白質（可能是一種酶）是關鍵。
“有趣但出乎意料的結果是，GLV 的變化不是由植物啟用的，而是由昆蟲自身的唾液啟用的，”阿爾曼解釋說。“昆蟲暴露了自己——它自己報警。”阿爾曼推測，菸草天蛾幼蟲在進食時可能會將 Z-GLV 轉化為 E-GLV，因為某些形式的 E-GLV 充當抗菌劑，這可以保護毛毛蟲的腸道免受葉子上的病原體的侵害。但到目前為止，她還沒有直接證據來支援這一觀點。
阿爾曼還認為，更準確地理解 GLV 與昆蟲行為之間的聯絡可能會使農作物受益。“幾乎每種型別的植物都會產生 GLV，”她說。“也許有一種方法可以將警報訊號植入所有植物，包括農作物，以便讓所有農作物在受到攻擊時報警。”