改編自丹尼爾·查莫維茨的《植物知道什麼：感官實地指南》，經與 大眾科學/Farrar, Straus and Giroux, LLC (北美), One World (英國), Scribe (澳大利亞/紐西蘭), Kawade Shobo Shisha (日本) 安排出版。版權 © 2012 丹尼爾·查莫維茨所有。欲瞭解更多資訊，請訪問books.scientificamerican.com。 Cuscuta pentagona（五角菟絲子）不是一種普通的植物。它是一種細長的橙色藤蔓，可以長到三英尺高，開出五瓣的微小白花，遍佈北美各地。Cuscuta（俗稱菟絲子）的獨特之處在於它沒有葉子。而且它不是綠色的，因為它缺乏葉綠素，葉綠素是吸收太陽能的色素，使植物能夠透過光合作用將光轉化為糖和氧氣。Cuscuta 從鄰居那裡獲取食物。它是一種寄生植物。為了生存，Cuscuta 將自己附著在寄主植物上，並透過將附屬物鑽入植物的維管系統來吸取寄主提供的養分。真正讓 Cuscuta 迷人的是它有飲食偏好：它選擇攻擊哪些鄰居。
Cuscuta 種子像任何其他植物種子一樣發芽。新芽長到空中，新根鑽入泥土。但是，如果一棵幼小的菟絲子植物獨自生長，如果它不能很快找到寄主來寄生，它就會死亡。當菟絲子幼苗生長時，它會以小圓圈移動其嫩芽尖端，像我們蒙上眼睛或在半夜尋找廚房燈光時用手探測周圍環境一樣。雖然這些運動起初看起來是隨機的，但如果菟絲子旁邊有另一株植物（比如番茄），很快就會明顯看出它正在彎曲、生長和旋轉，朝著番茄植株的方向移動，番茄植株將為它提供食物。菟絲子彎曲、生長和旋轉，直到最終找到一片番茄葉。但是，菟絲子並沒有觸控葉子，而是沉降下來並繼續移動，直到找到番茄植株的莖。在最後的勝利之舉中，它將自己纏繞在莖上，將微小的突起物送入番茄的韌皮部（輸送植物含糖汁液的導管），並開始虹吸糖分，以便它可以繼續生長並最終開花。
孔蘇埃洛·德·莫拉埃斯甚至用影片記錄了這種行為。她是一位在賓夕法尼亞州立大學工作的昆蟲學家，她的主要興趣是瞭解昆蟲和植物之間以及植物自身之間的揮發性化學訊號傳遞。她的一個專案集中於弄清楚 Cuscuta 如何定位它的獵物。她證明，菟絲子藤蔓從不向空盆或裝有假植物的花盆生長，但無論她把番茄植株放在哪裡——在光線下、在陰影下，無論在哪裡——都忠實地向番茄植株生長。德·莫拉埃斯推測，菟絲子實際上聞到了番茄的味道。為了驗證她的假設，她和她的學生將菟絲子放在一個封閉的盒子裡的花盆中，並將番茄放在第二個封閉的盒子中。這兩個盒子透過一根管子連線，管子從一側進入菟絲子的盒子，從而允許空氣在盒子之間自由流動。孤立的菟絲子總是向管子生長，這表明番茄植株正在散發出一種氣味，這種氣味透過管子飄入菟絲子的盒子，並且菟絲子喜歡這種氣味。
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如果 Cuscuta 真的要追蹤番茄的氣味，那麼也許德·莫拉埃斯可以製作一種番茄香水，看看菟絲子是否會喜歡。她製作了一種番茄莖提取物淡香水，她將其放在棉籤上，然後將棉籤放在花盆中的棍子上，靠近 Cuscuta。作為對照，她將一些用於製作番茄香水的溶劑放在其他棉籤上，並將這些棉籤放在棍子上，也靠近 Cuscuta。正如預測的那樣，她欺騙了菟絲子，使其向散發出番茄氣味的棉花生長，以為它要找到食物，但沒有向含有溶劑的棉花生長。
如果在番茄和小麥之間做出選擇，菟絲子會選擇番茄。如果將菟絲子種植在距離兩個花盆等距的位置——一個花盆裝有小麥，另一個花盆裝有番茄——菟絲子會選擇番茄。
在基本的化學水平上，番茄淡香水 和 小麥淡香水 非常相似。兩者都含有β-月桂烯，一種揮發性化合物（已知數百種獨特化學氣味之一），它本身可以誘導 Cuscuta 向其生長。那麼，為什麼會有偏好呢？一個明顯的假設是花束的複雜性。除了β-月桂烯外，番茄還散發出另外兩種菟絲子會被吸引的揮發性化學物質，從而形成一種整體上無法抗拒的菟絲子吸引香味。然而，小麥只含有一種菟絲子誘人氣味，即β-月桂烯，而不含番茄中發現的其他兩種。更重要的是，小麥不僅產生的引誘劑較少，而且還產生 (Z)-3-己烯基乙酸酯，它對菟絲子的排斥作用超過了β-月桂烯的吸引作用。事實上，Cuscuta 會遠離 (Z)-3-己烯基乙酸酯生長，發現小麥簡直令人厭惡。
（偷）聽
1983年，兩個科學家團隊發表了與植物通訊相關的驚人發現，這些發現徹底改變了我們對從柳樹到利馬豆的一切事物的理解。科學家們聲稱，樹木會互相警告即將發生的食葉昆蟲襲擊。“會說話的樹”的想法很快傳播到大眾文化，不僅在《科學》雜誌上，而且在世界各地的主流報紙上都能看到。
華盛頓大學的兩位科學家大衛·羅茲和戈登·奧裡安斯注意到，如果柳樹的鄰居已經是毛毛蟲侵擾的柳樹，那麼毛毛蟲就不太可能在這些柳樹的葉子上覓食。生長在受侵擾樹木附近的健康樹木對毛毛蟲具有抵抗力，因為正如羅茲發現的那樣，抗性樹木的葉子——而不是與受侵擾樹木隔離的易感樹木的葉子——含有酚類和鞣酸化學物質，這些物質使它們對昆蟲來說難以食用。由於科學家們無法檢測到受損樹木與其健康鄰居之間存在物理連線——它們沒有共同的根，它們的樹枝也沒有接觸——羅茲提出，受攻擊的樹木必須向健康樹木傳送一種空氣傳播的資訊素資訊。換句話說，受侵擾的樹木向鄰近的健康樹木發出訊號：“當心！保衛自己！”
僅僅三個月後，達特茅斯學院的研究人員伊恩·鮑德溫和傑克·舒爾茨發表了一篇具有開創性的論文，支援了羅茲的報告。他們研究了在密封的有機玻璃籠子中生長的楊樹和糖槭幼苗（約一英尺高）。他們在實驗中使用了兩個籠子。第一個籠子包含兩個樹木種群：15 棵樹的兩個葉子被撕成兩半，另外 15 棵樹沒有受損。第二個籠子包含對照樹，當然這些樹沒有受損。兩天後，受損樹木的其餘葉子中含有已知能抑制毛毛蟲生長的多種化學物質的水平升高。對照籠子中的樹木沒有顯示出這些化合物的任何增加。鮑德溫和舒爾茨提出，受損的葉子，無論是像他們的實驗中那樣被撕裂，還是像羅茲對柳樹的觀察中那樣被昆蟲啃食，都會釋放出一種氣態訊號，使受損的樹木能夠與未受損的樹木進行交流，從而導致後者保護自己免受即將到來的昆蟲襲擊。
這些關於植物訊號傳遞的早期報告經常被科學界的其他人駁回，認為缺乏正確的對照，或者結果正確但含義被誇大了。但是，在過去的十年中，植物透過氣味進行交流的現象一次又一次地被證明適用於大量植物，包括大麥、鼠尾草和赤楊。雖然植物透過空氣傳播的化學訊號受到鄰居影響的現象現在已被接受為科學正規化，但問題仍然存在：植物是真的在彼此交流（換句話說，有目的地警告即將到來的危險），還是健康的植物只是在偷聽受侵擾植物的獨白，而不是有意被聽到？
馬丁·海爾和他在墨西哥伊拉普阿託高階研究中心的團隊在過去幾年中一直在研究野生利馬豆 (Phaseolus lunatus)，以進一步探索這個問題。海爾知道，科學家們觀察到，當利馬豆植株被甲蟲吃掉時，它會以兩種方式做出反應。正在被昆蟲吃掉的葉子會向空氣中釋放出揮發性化學物質的混合物，而花朵（儘管沒有直接受到甲蟲的攻擊）會產生花蜜，吸引以甲蟲為食的節肢動物。在千禧年之交的職業生涯早期，海爾曾在德國耶拿的馬克斯·普朗克化學生態學研究所工作，鮑德溫曾（現在仍然是）該研究所的主任，並且像之前的鮑德溫一樣，海爾想知道利馬豆為什麼會釋放這些化學物質。
海爾和他的同事將受到甲蟲攻擊的利馬豆植株放在與甲蟲隔離的植株旁邊，並監測不同葉子周圍的空氣。他們總共選擇了來自三株不同植物的四片葉子：從一株受到甲蟲攻擊的植株中，他們選擇了兩片葉子，一片是被吃掉的葉子，另一片是沒有被吃掉的葉子；一片來自相鄰但健康的“未侵擾”植株的葉子；以及一片來自與甲蟲或受侵擾植株沒有任何接觸的隔離植株的葉子。他們使用一種稱為氣相色譜/質譜聯用技術的先進技術（經常在節目 CSI 中出現，並被香水公司在開發新香水時使用）鑑定了每片葉子周圍空氣中的揮發性化學物質。
海爾發現，從被覓食的葉子和同一植株上的健康葉子中釋放出的空氣基本上含有相同的揮發性物質，而對照葉子周圍的空氣中沒有這些氣體。此外，來自與甲蟲侵擾植株相鄰的利馬豆的健康葉子周圍的空氣也含有與從覓食植株中檢測到的揮發性化學物質相同的揮發性化學物質。健康的植株也不太可能被甲蟲吃掉。
但海爾不相信受損的植物會“告訴”其他植物來警告它們即將到來的攻擊。相反，他提出，鄰近的植物一定是在練習一種嗅覺偷聽的形式，偷聽的是實際上旨在用於同一植株上其他葉子的內部訊號。
海爾以一種簡單但巧妙的方式修改了他的實驗裝置，以檢驗他的假設。他將兩株植物彼此相鄰放置，但將受攻擊的葉子用塑膠袋包裹了 24 小時。當他檢查與第一個實驗中相同的四種類型的葉子時，結果不同了。雖然受攻擊的葉子繼續釋放與之前相同的化學物質，但同一藤蔓和鄰近藤蔓上的其他葉子現在類似於對照植物；葉子周圍的空氣是乾淨的。
海爾和他的團隊打開了受攻擊葉子周圍的袋子，並在通常用於微晶片上的小型通風機的幫助下，將空氣吹向兩個方向之一：要麼吹向藤蔓上方的鄰近葉子，要麼吹離藤蔓並進入露天。他們檢查了從莖上方葉子中釋放出的氣體，並測量了它們產生的花蜜量。被來自受攻擊葉子的空氣吹拂的葉子開始自行釋放相同的氣體，並且它們也產生了花蜜。未暴露於來自受攻擊葉子的空氣的葉子保持不變。
結果意義重大，因為它們揭示了從受攻擊葉子釋放出的氣體對於同一植株保護其其他葉子免受未來攻擊是必要的。換句話說，當一片葉子受到昆蟲或細菌的攻擊時，它會釋放出氣味，警告其兄弟葉子保護自己免受即將到來的攻擊，類似於中國長城上的烽火臺點燃火焰以警告即將到來的襲擊。
鄰近的植物偷聽附近的嗅覺對話，這為其提供了幫助其保護自身的重要資訊。在自然界中，這種嗅覺訊號至少會持續幾英尺（不同的揮發性訊號，取決於它們的化學性質，傳播距離較短或更長）。對於天生喜歡擁擠的利馬豆來說，這足以確保如果一株植物遇到麻煩，它的鄰居就會知道。
植物有嗅覺嗎？
植物散發出真正的花束般的香味。想象一下，當您在夏天的花園小徑上漫步時，玫瑰的芬芳，或者在晚春時節，新鮮割草的香味，或者在夜晚，茉莉花盛開的香味。無需看，我們就知道水果何時可以食用，而且沒有一位植物園的參觀者會忽略世界上最大的（也是最臭的）花——巨花魔芋的難聞氣味。（幸運的是，它每隔幾年才開花一次。）
許多這些香氣用於植物和動物之間複雜的交流。這些氣味誘導不同的傳粉者訪問花朵，以及種子傳播者訪問水果，正如作家邁克爾·波倫指出的那樣，這些香氣甚至可以引誘人們將鮮花傳播到世界各地。但是植物不僅僅散發出氣味；正如我們所看到的，它們無疑也會聞到其他植物的氣味。
植物顯然沒有連線到解釋訊號的大腦的嗅覺神經。但是 Cuscuta、海爾的植物以及我們自然世界中的其他植物群對資訊素做出反應，就像我們一樣。植物檢測到空氣中的揮發性化學物質，並將這種訊號（即使沒有神經）轉化為生理反應。當然，這可以被認為是嗅覺。
本文以印刷版形式發表，標題為“植物聞到什麼”。