シエラネバダ北部で、生態学者のリチャード・カーバンはエイリアンの言語を学ぼうとしています。これらの斜面に点在するヤマヨモギは、人間が知らない言葉を使って互いに話し合っています。カリフォルニア大学デービス校で教鞭をとっているカーバンは、話を聞いており、彼らの言うことを理解し始めています。
植物のコミュニケーションの証拠はほんの数十年しか前のものではありませんが、その短い間に、感動的な発見から決定的な暴言へと復活へと飛躍しました. 1983 年に発表された 2 つの研究では、ヤナギ、ポプラ、サトウカエデが昆虫の攻撃について互いに警告できることが示されました。空腹の虫がはびこっている木の近くにある無傷で損傷のない木は、攻撃を防ぐために虫よけ化学物質を送り出し始めます。彼らは隣人が経験していることをどういうわけか知っており、それに反応します。驚くべき暗示は、脳のない木がメッセージを送信、受信、解釈できるということでした.
最初のいくつかの「話す木」の論文は、統計的に欠陥があるか、あまりにも人工的であり、植物と虫の間の現実世界の戦争とは無関係であるとして、すぐに打ちのめされました。研究地の停止。しかし、植物コミュニケーションの科学は現在、復活を遂げています。厳格で慎重に制御された実験は、ラボ、森林、およびフィールドでのテストを繰り返すことで、これらの初期の批判を克服しています.虫が葉を噛むと、植物が揮発性有機化合物を空気中に放出することで反応することが、現在十分に確立されています. Karban の最後の集計では、植物のコミュニケーションに関する 48 の研究のうち 40 で、他の植物がこれらの空中信号を検出し、それに応じて化学兵器またはその他の防御メカニズムの生産を強化することが確認されています。メキシコの研究機関シンベスタフ・イラプアトの生態学者、マーティン・ハイル氏は、「植物が草食動物によって損傷を受けたときに揮発性物質を放出するという証拠は、科学的に可能な限り確実です」と述べています。 「植物が何らかの形でこれらの揮発性物質を認識し、防御反応で応答できるという証拠も非常に優れています。」
植物のコミュニケーションはまだ小さな分野かもしれませんが、それを研究する人々はもはや狂った周辺地域とは見なされていません. 「以前は、人々はあなたに話しかけることさえしませんでした。『私たちがすでに暴いたことで、なぜあなたは私の時間を無駄にしているのですか?』」とカーバンは言いました。 「それは確かに良くなりました。」もはや議論は、植物が互いの生化学的メッセージを感知できるかどうかではなく、なぜ、どのようにそれを行うのかについてです。ほとんどの研究は制御された実験室条件下で行われたため、未解決の問題の 1 つは、植物が野生でこれらの信号をどの程度使用しているかということです。その答えは大きな意味を持つ可能性があります。農家はこのおしゃべりに適応し、食用植物や農業慣行を微調整して、作物が草食動物からよりよく防御できるようにすることができるかもしれません。もっと広く言えば、植物が情報を共有する可能性は、何が行動やコミュニケーションとみなされるのか、また、互いに競争する生物が自分たちの知識をネットワーク化するのに適していると考える理由について、興味深い疑問を提起します.
科学者たちは、これらの信号からのメッセージがどのように広がるかについても調査しています。ほんの数か月前、ローザンヌ大学の植物信号伝達のパイオニアであるテッド ファーマーは、植物が情報を伝達する方法として、ほとんど認識されていなかった方法を発見しました。電気パルスと、動物の神経系を不気味に連想させる電圧ベースの信号伝達システムです。 「植物が何をするかは非常に壮観です」とファーマーは言いました。 「取り組めば取り組むほど、私は驚かされます。」
ファーマーの研究は、植物がニューロンや脳、または動物がコミュニケーションに使用するシステムのようなものを持っていることを意味するものではありません.彼らの魅力的で異質な生物学を人間の言葉に置き換えようとするとき、私たちは彼らに正義を与えません、と彼は言いました.しかし、私たちは彼らの能力を大幅に過小評価していたかもしれません。研究者が植物の言葉を学び始めると、私たちが住んでいる緑豊かな世界についてまったく新しい見方ができ始めています.
秘密の生活
Karban は、17 年ごとに降りかかる樹液を吸う昆虫の疫病に樹木がどのように対処するかを研究するセミ研究者として出発しました。当時、植物は粘り強く、生理機能を適応させて、干ばつ、侵入、その他の虐待に耐え、苦しむことで生き残ったと考えられていました.しかし、1980 年代初頭、ワシントン大学の動物学者 David Rhoades は、植物が積極的に昆虫から身を守っていることを示す証拠を見つけていました。合成生化学の達人である彼らは、葉の味や栄養価を低下させる化学兵器やその他の兵器を製造および配備し、飢えた虫を別の場所に逃がします。 Karban にとって、このアイデアはスリル満点の驚きでした。植物には受動的な持久力以上の能力があるという手がかりです。
Rhoades が次に発見したことは、さらに驚くべきものであり、物議を醸すものでした。彼はシトカヤナギが、テントウムシやウェブワームの侵入に対応して、葉の栄養価をどのように変化させたかを調べていました。実験室で、彼が感染した木から昆虫の葉を与えたとき、ミミズはよりゆっくりと成長しました.しかし、彼が食べられている木の近くに住んでいた無傷の柳の葉を彼らに与えたとき、彼らの成長も妨げられました.両方の木のグループで同じ生化学的変化が起こっているようで、1983 年に発表された Rhoades の結論は、攻撃を受けていないヤナギは、攻撃を受けているヤナギからメッセージを受け取っているというものでした。その同じ年、ダートマス大学のイアン・ボールドウィンとジャック・シュルツは、ポプラとサトウカエデの苗木が、細断された葉の苗木の隣の成長チャンバーに置かれたときに、反草食性のフェノールを排出し始めることを発見しました.彼らはそれを植物コミュニケーションと表現しました。 「人々は本当に興奮していました」と Karban 氏は言います。 「マスコミはこれに熱狂した。」
その歓迎は多くの科学者を不安にさせました。 1979 年の映画「The Secret Life of Plants」（1973 年の同名の本にちなんで）は、植物が葉を広げて根を押し出すときに、植物が生命力で身もだえしているように見える微速度撮影で観客を驚かせました。この映画は、科学が植物に意識があり、人間の感情を感知できることを証明したと主張しました。 「この分野全体がばかげていると人々に思わせました」とファーマーは言いました。
その後、1984 年に、著名な生態学者のジョン ロートン (後にナイトの称号を与えられた) によって、両方の話す木の論文が取り上げられました。 Lawton 氏は、Baldwin 氏の研究は設計が不十分であり、Rhoades 氏が誤って虫の成長を遅らせる昆虫病を広めたに違いないと述べました。彼の批判は、その研究をほぼ停止させた。 Karban が「この分野の前触れのない父」と呼んでいる Rhoades は、彼の研究を再現するための資金を得ることができず、最終的に科学をやめて B&B を経営しました。人々は植物のコミュニケーションについて話すのをやめました。フィールドが暗くなりました。
空中メッセージ
ロートンの批判に誰もが動揺したわけではありません。悔い改めた人の中には、有名な植物ホルモンの専門家であるクラレンス・ライアンのワシントン州立大学の研究室のポスドクだったテッド・ファーマーがいました.ファーマーとライアンは、植物が昆虫の草食動物を追い払うために使用しているとライアンが考えていた空気中の有機化学物質であるジャスモン酸メチルを大量に生成する地元のヤマヨモギを使用しました。彼らの実験では、損傷したよもぎの葉を鉢植えのトマトの入った気密瓶に入れると、トマトはプロテイナーゼ阻害剤を生成し始めました。これは昆虫の消化を妨げて害を及ぼす化合物です。彼らは 1990 年の論文で、植物間のコミュニケーションは現実のものであると述べています。
この論文は「非常に慎重に実施され、適切に複製され、非常に説得力がありました」と Karban 氏は述べています。しかし、彼にはまだ疑問がありました。これは本当に野生の植物で起こるのでしょうか、それとも研究室の環境によって引き起こされる異常な現象なのでしょうか? Karban は、よもぎとトマトのいとこである野生のタバコが生い茂る北カリフォルニアの一部にあるフィールド ステーションで作業を始めたばかりでした。彼はファーマーの実験を野生で繰り返しました。彼がヤマヨモギの植物を刈り取り、昆虫の鋭い歯による損傷を模倣し、ジャスモン酸メチルやその他の空気中の化学物質を生成するように植物を誘導すると、近くの野生のタバコが防御酵素ポリフェノールオキシダーゼを送り出し始めました.これは実際の結果をもたらすように見えました。シーズンの終わりに、これらのタバコの木は、バッタやカットワームによる葉の損傷が他の植物よりもはるかに少なかった. Karban は、空気中の化学物質が損害の減少に直接関与しているかどうかを明確に言うのは難しいと警告しましたが、それでも結果は興味深いものです.
次の 10 年間で、証拠が増えました。研究されたほぼすべての緑の植物は、揮発性化学物質の独自のカクテルを放出し、多くの種がこれらのプルームに登録して反応することが判明しました.たとえば、刈り取られた草の匂い (アルコール、アルデヒド、ケトン、エステルの混合物) は、私たちにとって心地よいかもしれませんが、植物にとっては途中で危険を知らせます. Heil は、野生のライマメが甲虫に食べられている他のライマメ植物からの揮発性物質にさらされると、より速く成長し、攻撃に抵抗することを発見しました.被害を受けた植物から放出された化合物は、トウモロコシの実生の防御を準備するため、後でビートアーミーワームに対してより効果的な反撃を開始します.これらの信号は世界共通の言語のようです。よもぎはタバコに反応を誘発します。唐辛子とライマメもキュウリの排出に反応します。
植物は昆虫と通信することもでき、草食動物を殺す捕食性昆虫に遭難信号として機能する空中メッセージを送信します。ビートアーミーワームに襲われたトウモロコシは、揮発性の化学物質の雲を放出し、それがハチを引き付けて毛虫の体内に産卵させます。新たに浮かび上がってきたのは、植物を食べる虫とそれを餌とする昆虫が、情報が豊富な化学物質の雲の香りに包まれた、私たちがほとんど想像できない世界に住んでいるということです。アリ、微生物、ガ、さらにはハチドリやカメ (Farmer がチェックした) はすべて、これらの爆風を検出して反応します。
盗聴植物
植物がコミュニケーションできるという証拠が増えているにもかかわらず、多くの植物科学者は、このクロストークが生物学的に意味があるかどうかを疑問視しています. 「揮発性物質を介した植物間通信は実験室ではうまく機能しますが、フィールドで機能することを説得力を持って示した人は誰もいません」とファーマーは言いました.彼は、植物が情報を交換できるという証拠を最初に発表した人物の 1 人ですが、自分自身を「懐疑論者」と呼んでいます。彼は、これが実際に植物の生命に重要な役割を果たしているという証拠はまだ十分ではないと考えています。 「しかし、私は人々がそれに取り組んでいるのを止めたくありません」と彼は付け加えました. 「有望でエキサイティングだと思います。」
Karban と Heil の両方にとって未解決の問題は進化論的なものです。なぜあるプラントは、競合他社に危険について手がかりを与えてエネルギーを浪費する必要があるのでしょうか?彼らは、植物のコミュニケーションは誤称であると主張しています。それは本当に単なる植物の盗聴かもしれません。血管系を使用して数メートルの距離を越えてメッセージを送信するのではなく、おそらく植物は揮発性化学物質を放出して、自分自身と通信するためのより速く、よりスマートな方法です.Heilはそれを独り言と呼んでいます.他のプラントは、これらの空中データのパフを監視できます。この理論を補強すると、これらの化学信号のほとんどは 50 から 100 センチメートルを超えて移動しないようであり、この範囲で植物はほとんど自分自身に信号を送ります.
植物が日常的に情報を共有している可能性は、単に興味深い植物学ではありません。害虫に対する作物の耐性を改善するために利用できます。 2011 年の報告によると、市販のトウモロコシの交配種は、野生のトウモロコシが持つ化学物質を放出する能力を失っているように見えることがわかりました。この化学物質は、寄生バチを引き付けて、ハチの蛾を殺します。これらの防御特性を作物に戻すことができれば、農薬の必要性を減らすことができます.別の可能性としては、特に敏感または強力な防御反応を持つ植物を畑作物と一緒に育てることが考えられます。炭鉱のカナリアのように、これらの歩哨は危険を最初に検出して反応し、近隣の作物に警告を発します。
そのような実用的なアプリケーションが実現するかどうかにかかわらず、植物の話の科学は、動物の唯一の領域としてのコミュニケーションと行動の長年の定義に挑戦しています.それぞれの発見は、植物が何をし、何ができるかについて私たちが知っていると思っていたものを侵食します.彼らが他に何ができるかを知るために、私たちは植物を擬人化するのをやめなければならないと、現在ドイツのマックス・プランク研究所にいるボールドウィンは言いました。植物であることがどのようなものかを想像することは、彼らがどのように、そしてなぜコミュニケーションをとるのかを理解する方法であり、彼らの秘密の生活をもはや謎ではなくする方法になるだろう.
