「姐妹」情深：植物的跨科合作

圖片作者：ChatGPT

植物會不會互助合作？過去的研究已經證實，同種或同屬的植物會互相警告外敵入侵，而蘇瑪爾的研究也發現了「樹聯網」，不同種的樹之間會互相聯絡甚至互相扶持。

但是，森林裡的樹都是老鄰居了。對於生命週期較短的植物們，是否也有這樣的機制呢？最近的一項有趣的研究發現了一個古老農業系統中植物之間令人驚嘆的「團隊合作」。

研究團隊選擇了「三姐妹」農業系統來研究不同種的植物之間是否也能合作。

為什麼挑選「三姐妹」農業系統？「三姐妹」是一種古老的種植方法，源自瑪雅文明，在墨西哥和中美洲已經使用了數千年。這個系統同時種植三種作物：玉米、豆類和南瓜。

過去的研究認為，「三姐妹」農業系統的好處來自於：豆類提供氮、玉米提供豆類攀爬的工具、南瓜的遮蔭阻礙了雜草的生長也降低水分蒸發。

但是，研究團隊認為不止於此。他們在實驗田中分別種植了三種作物（玉米、豆類和南瓜），也進行了兩兩配對和三種一起種植的實驗。

他們追蹤記錄了所有訪問每個實驗區的節肢動物，並將這些節肢動物分為兩大類：

     a) 害蟲：如毛毛蟲（鱗翅目昆蟲的幼蟲），包括行軍蟲（armyworms）這種可怕的農作物害蟲。

     b) 害蟲的天敵：如寄生蜂，它們在毛毛蟲體內產卵來殺死它們；以及會直接攻擊和吃掉害蟲的捕食性黃蜂；還有螞蟻。

研究團隊發現，混合種植的區域比單一作物種植區域有更多的害蟲天敵。為什麼會這樣呢？

科學家們發現，這三種植物不僅僅是簡單地生長在一起，它們實際上在互相幫助，特別是在對抗害蟲方面！

當害蟲攻擊玉米時，玉米會釋放出特殊的氣味。這就像是玉米在大喊「救命啊！」

過去，這些化學物質原本被認為只能刺激玉米自身和附近其他玉米植株產生對抗草食動物的毒素。

有趣的是，研究團隊發現，附近的豆類植物能「聽到」這個求救信號。豆類在「聽到」玉米喊救命以後，會增加其葉片下方小腺體（葉外蜜腺）中蜜汁的濃度和數量。

豆類產生富含糖分的蜜汁吸引了更多的螞蟻和黃蜂，這些昆蟲會捕食危害作物的毛毛蟲等害蟲。這些昆蟲就像是植物請來的保鏢，它們會吃掉那些傷害玉米和豆類的害蟲。

更厲害的是，被玉米的「尖叫」吸引來的寄生蜂（一種寄生在毛毛蟲體內的黃蜂）在攝取豆類分泌的營養豐富的蜜汁後，壽命幾乎延長了一倍。壽命的延長，使得它們能夠殺死更多的害蟲。還不用提，在實驗室條件下，寄生蜂在約90分鐘內可以殺死大約500隻毛毛蟲。所以活得更久，當然就殺得更多啦！

有趣的是，這些被吸引來的天敵不僅保護玉米，也保護了豆類。這就是真正的「我幫你，你幫我」！

不過，也不是隨便什麼植物種在一起都會有這麼神奇的效果。路易斯安那州立大學的化學生態學家 Andrea Glassmire 進行了一項實驗，在戶外種植一到四種不同品系的番茄。

她統計造訪這些植物的草食性昆蟲（害蟲）和捕食這些害蟲的節肢動物（天敵）的數量。

她發現，僅僅增加品種的多樣性並不足以產生明顯的效果。決定性因素是植物產生的特定揮發性化合物的類型和濃度，尤其是萜烯類化合物。

她發現不同萜烯類化合物對草食性昆蟲和其天敵有不同的影響。產生大量簡單萜烯類物質（單萜）的番茄品系比產生複雜萜烯類的品系更能吸引較少的害蟲和更多的天敵。而且，這種保護效果還能擴展到同一實驗區的其他番茄。

所以，Glassmire 說：「你的鄰居是誰確實很重要。」

研究團隊證明了古老農業方法的智慧。我們的祖先早就知道這種種植方式很有效，現在我們終於知道了其中的奧秘。

這項研究讓我們看到了自然界中精妙的相互依存關係。即使是看似簡單的植物，也有著複雜的「社交網絡」！

了解植物如何自然地對抗害蟲，可以幫助我們開發更環保、更有效的種植方法，減少農藥的使用。

下次當你經過農田或菜園時，可以想像一下：那裡可能正在上演一場植物之間的「團隊合作」大戲！這項研究不僅讓我們對植物有了新的認識，也提醒我們，有時候，大自然的智慧可能遠超我們的想像。

參考文獻：

When maize screams, beans listen: How the Three Sisters crop trio repels pests. doi: 10.1126/science.z6pj0bz