干旱中，植物也会喊“救命”！你听不到，蛾子却能听到

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出品 | 海潮天下

长期以来，植物在人类认知中一直是静默的生命体。但是，特拉维夫大学的进化生物学家莉拉奇·哈达尼及其团队在《细胞》（Cell）期刊上发表了一项研究结果，彻底颠覆了这一观点。

该研究证实，番茄、烟草以及仙人掌等多种植物在遭遇缺水、或遭到物理损伤时，会向空气中释放出高频的超声波信号。这些声音的频率处于20~100千赫兹之间，远超人类的听觉极限，但在某些能够感知超声波的昆虫、或哺乳动物的耳中，这些声音的强度听起来足以与人类正常的交谈声相媲美。

▲上图：植物超声波信号的采集与分类处理流程。研究人员定向麦克风记录三种状态下的植物声学表现：左侧为干旱胁迫状态，中间为受到物理切割损伤状态，右侧为健康对照状态。采集到的混合音频信号被输入机器学习模型（如卷积神经网络）。经过模型分析，系统能够从复杂的背景音和混合信号中，准确识别并区分出哪些声音源自干旱植株，哪些源自受损植株，以及哪些属于健康植株的背景状态。下面的不同颜色和形状的波形代表了植物在不同压力下产生的差异化超声波信号。论文出处：Khait, Itzhak, et al.

为了捕捉这些微弱的信号，科研人员将植物放置在安装有超声波麦克风的声学箱内。实验对比显示，处于健康状态的植物几乎保持完全沉默，而一旦进入受压状态，它们便会发出密集的、类似于爆裂声或点击声的音频脉冲。具体数据显示，一株严重脱水的番茄植物，每小时发出的声音可达35次左右，且这种声音在植物表现出明显干旱特征之前就已经出现。研究人员借助机器学习算法对音频样本做了分析，甚至可以根据声音的细微特征，准确判断出植物是正处于脱水状态、还是遭到了切断茎部的物理伤害。

关于这种声音产生的物理机制，科学界目前倾向于将其解释为“气穴现象”。

当植物面临干旱压力时，其维管系统内部的水柱会因张力过大产生气泡。当这些气泡形成或破裂时，会产生微小的振动，并最终转化为通过空气传播的声波。这意味着，这种声音可能并非植物主观意图上的“呼救”，而是一种伴随生理压力产生的物理副产品。即便如此，这些携带信息的声波，依然具有重要的生态学意义，因为环境中的其他生物可能会“窃听”、并有效的利用这些信号。

▲上图：受压植物发出的超声波及其状态识别。图A展示了配备定向麦克风的声学实验装置；图B显示干旱或受损植株的发声频率显著高于健康对照组；图C~图E分析了不同植物在不同压力下声音的时序、频谱及强度特征；图F证明，机器学习算法可以精准识别发出声音的植物种类及其所处的压力类型。论文出处：Khait, Itzhak, et al.

在生态系统中，能够感知这些超声波的飞蛾、或植食性动物，或许会根据植物发出的频率来评估其健康状况，从而决定是否在该植物上产卵或觅食。

同时，邻近的植物也可能感知到这些震动，从而做出预警反应，例如在检测到周围植物的干旱信号后，提前调节自身的渗透压、以应对即将到来的水分短缺。

这种跨物种或同类间的隐秘互动，揭示了一个比我们想象中更加嘈杂、更复杂的植物感官世界。

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▲苜蓿夜蛾作为夜蛾科昆虫，听觉器官能够感知超声波，其听力范围与受压植物发出的超声波频率（通常为40-80kHz）存在重叠区间。相关研究已证实，部分夜蛾科物种能够利用植物发出的超声波信号来评估宿主植物的健康状况，从而指导产卵决策。©Linda Wong 摄影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

从实际应用的角度来看，这项发现为精准农业提供了新的思路。如果能够开发出低成本的声学监测传感系统，农民就可以在农作物尚未枯萎、肉眼还无法察觉干旱迹象时，就精准掌握田间的灌溉需求。这种基于声学反馈的农业管理方式，可以大幅提升水分利用效率，还能减少因识别滞后导致的作物减产。

目前，研究人员正进一步探索在自然野外环境下捕捉并解析这些声音的可行性，试图厘清在真实复杂的生态背景中，究竟谁才是这些信号的最终听众。

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信息源 | Khait, Itzhak, et al.

文 | 卢晓雨

指导老师 | Linda

排版 | LXY

时间 | 2026年4月

欢迎投稿 | editor@oceanbiodiversity.cn

【参考资料】

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：

“Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative” by Itzhak Khait, Ohad Lewin-Epstein, Raz Sharon, Kfir Saban, Revital Goldstein, Yehuda Anikster, Yarden Zeron, Chen Agassy, Shaked Nizan, Gayl Sharabi, Ran Perelman, Arjan Boonman, Nir Sade, Yossi Yovel and Lilach Hadany, 30 March 2023, Cell.

DOI: 10.1016/j.cell.2023.03.009

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