伊恩·鲍德温（Ian Baldwin）的研究地点是一个任何人都会喜欢的实验室：位于犹他州西南部大盆地沙漠中一片陡峭山坡上的大片烧焦区域。这里，远处的山脉闪烁着蓝紫色光芒，近处Veyo山脊崎岖的悬崖呈现出红色，沙漠丘陵的曲线点缀着约书亚树和灌木丛的绿色。鲍德温是一位生物学家，也是德国耶拿马克斯·普朗克化学生态学研究所分子生态学系的负责人。他在这里布置了他的设备，开始一项关于植物如何保护自己的新研究——这个问题他已经研究了20年。
他和他的同事们正在使用化学传感器来研究植物间的交流：求救信号、邀请信号，甚至是警告信号，它们都以人类鼻子注意不到的挥发性有机分子的形式飘散。生物学家们越深入寻找这些信号，就发现得越多。他们已经发现，植物可以发出化学信号来驱赶害虫，也可以发出信号来吸引盟友——其他能吃掉正在啃食植物的昆虫的昆虫。但这只是一个更复杂场景的开始，因为鲍德温和其他人也发现，附近的植物可以“监听”到这种对话，并加强自身的防御。
“最终，我们将利用在这里获得的信息来培育农作物，使它们能够更响亮、更持续地呼唤它们的昆虫盟友，”鲍德温说。
他们正在研究的这片被烧焦的区域一年前曾遭受闪电袭击，烧毁了山坡上的杜松和鼠尾草。大火产生的烟雾触发了土壤中休眠的野生烟草种子的萌发，长出了一片烟草属植物（Nicotiana attenuata）。鲍德温的团队已经为实验标记了许多植物，使用了冰棍棒和红色尼龙制成的小旗子。鲍德温的同事们用德语和英语交谈着，期待地望着金雕。天气炎热，空气中弥漫着沙漠悬崖玫瑰的芬芳。
烟草植物是很好的研究对象，因为它们必须具备高度灵活的防御能力才能生存。种子可以在火灾之间休眠一个多世纪，所以植物在开始生长后可能会面临新的敌人。此外，当种子发芽时，它只有一个生长季节来开花和繁殖——并避免被昆虫摧毁。“它必须优化生长，并且必须针对食草动物制定策略，始终关注最终目标，即结籽，”鲍德温说。“这些植物具有惊人的可塑性。它们必须对不断变化的环境做出反应。许多种类的昆虫以烟草属植物为食，而且每年的昆虫种类组合都不同。”
成功的幼苗必须能够抵御某些天蛾的幼虫，更不用说叶甲虫、跳甲和微小的盲蝽了。鲍德温和研究生安德烈·凯斯勒（Andre Kessler）通过带来实验室饲养的毛毛虫来帮助了自然。他们将一只饥饿的毛毛虫放在几株植物上。在接下来的几天里，他们带着一个太阳能气体联用仪回来，以检测受损叶片释放的分子。他们还检查了附近未被毛毛虫侵扰的对照植物的情况。
科学家们已经知道植物可以启动强大的防御系统，就像人类会产生抗体来抵御病原体一样。例如，当毛毛虫咬食叶片时，植物会识别昆虫唾液中的化合物，并启动化学防御。许多植物会产生毒素（尼古丁效果很好）来杀死昆虫，还会产生减缓或阻止入侵者消化植物能力的化合物。
如果这些方法失败了，还有第二道防线。受攻击的烟草植物还会释放出一系列挥发性化学驱虫剂。在一项最近的研究中，鲍德温和凯斯勒能够识别、分离并测试其中一些排放物。当他们将特定的化学物质混合制成糊状物并涂抹在尚未受到攻击的植物茎上时，天蛾会避免在这些植物上产卵。
鲍德温想知道烟草植物是否还有更多的武器库。于是他设计了一个实验，看看它们是否能召唤帮助。首先，他用一系列合成糊状物处理植物。有时糊状物只含有一种他们之前识别出的挥发性化合物，有时则包含这些化合物的混合物。接着，他们将天蛾毛毛虫的卵粘在处理过的植物叶片的背面。然后，他们密切关注Geocoris pallens（一种喜欢吃卵的昆虫）。果然，烟草植物释放的三种化合物似乎吸引了G. pallens，一种小型、快速且凶猛的捕食者。
“通过释放某些挥发性物质，植物可以将攻击它的食草动物数量减少高达90%，”凯斯勒钦佩地说。“化学信号传递是正常的。这种交流是正常的。我认为它可能一直在我们身边发生。”
鲍德温解释了他认为这些信号是如何演变的。“你受伤了。你释放出某种东西。昆虫做出反应。互利共生就演化出来了。”
鲍德温是该领域最早研究野生植物之间化学信号传递的人之一。之前的实验主要集中在驯化作物上的信号传递，并且所有这些工作都是在受控环境中进行的，在钟罩、实验室和气氛经过改变的温室里。风洞被用来模仿大自然更野生的力量。
一些最复杂的研究来自于这些受控环境。1988年，荷兰瓦赫宁根大学的马塞尔·迪克（Marcel Dicke）及其同事提供了证据，表明遭受昆虫攻击的植物可以获得它们敌人的帮助。迪克发现，当红蜘蛛螨攻击利马豆植物时，植物会释放一种化学求救信号，吸引另一种捕食红蜘蛛螨的螨虫。机械损伤的植物不会产生这些信号；很可能只有昆虫唾液中的诱导剂才能触发植物产生正确的分子。“如今，”迪克说，“科学界普遍认为，植物与其‘保镖’对话很可能是大多数，如果不是所有植物物种的特征。”他补充说，即使是存在了1.5亿年的银杏——这个物种也能与昆虫进行化学交流。
例如，当毛毛虫啃食玉米、烟草和棉花时，这些饱受困扰的植物会产生吸引寄生蜂的挥发性化学物质。化学求救信号非常具体，只会吸引将卵产在正在侵扰植物的毛毛虫种类身上的黄蜂。“植物不仅仅是在说‘是的，我受伤了’，它们还在具体说明是什么正在伤害它们。这是一个多么复杂而美妙的系统，”宾夕法尼亚州立大学昆虫学助理教授康苏埃洛·德·莫拉伊斯（Consuelo De Moraes）说。
植物还可以根据需要释放不同的信号来产生不同的效果。例如，寄生蜂白天捕食，因此受到侵扰的植物会在白天释放它们的求救信号。植物还会根据需要排放驱虫剂。在对商业烟草的研究中，德·莫拉伊斯和她的同事们发现，被毛毛虫侵扰的植物会在夜间释放一种化学混合物，这种混合物似乎会阻止夜间活动的飞蛾产卵，而这些卵又会孵化成吞食烟草的毛毛虫。
植物可以向昆虫发出信号这一想法对科学家们来说一直很有道理。但植物可以与其他植物交流的概念，正如鲍德温在上世纪80年代初还在达特茅斯学院读本科时所了解到的那样，却并非如此。他当时与生物学家杰克·舒尔茨（Jack Schultz）一起研究树木，并在1983年发表了一项有争议的假说：受损枫树和杨树释放的挥发性化学信号似乎能增强附近未受损树木的化学防御能力。20世纪70年代的畅销书《植物的秘密生活》（The Secret Life of Plants）让公众接受了与蔓绿绒（philodendrons）交流的概念，而现在似乎蔓绿绒也在回应。树木之间的交流！枫树在与其他枫树耳语！关于鲍德温和舒尔茨工作的新闻报道最初出现在《国家询问报》（National Inquirer），后来又出现在《人物》（People）和《纽约时报》（The New York Times）上。科学家们对此不屑一顾，由此引发的骚动也使得鲍德温和舒尔茨难以获得进一步的研究资金。
时间、坚持和严谨的科学改变了态度。几个月前，迪克协助出版了《生物化学系统学与生态学》（Biochemical Systematics and Ecology）期刊的特刊，其中充满了关于植物间交流的论文。研究人员现在认为，植物能够接收并利用彼此的信号是合理的。“如果植物能与它们的‘保镖’交谈，”迪克说，“那么它们的邻居为何不能利用这一点并窃听信息呢？植物间交流的话题又回到了议程上，证据正在不断积累。”
迪克及其同事发现，仅仅暴露在受螨虫侵扰的棉花和利马豆释放的挥发性物质中，就能促使未受侵扰的植物释放信号，召唤侵扰性螨虫的敌人。在过去的19年里，在各种实验中，研究人员表示他们发现柳树、杨树、桤木和桦树会“倾听”同类的信息，而大麦幼苗也会“倾听”其他大麦幼苗的信息。在每种情况下，受损的植物，无论是被毛毛虫啃食、被真菌或白粉病感染、被红蜘蛛螨侵扰，甚至是受到机械损伤，都会释放出化学物质，这些物质似乎能“启动”附近未受损植物的防御系统。研究人员还在测试土壤，以确定植物是否会从根系释放化学警告信号。
即使是不相关的植物也能接收化学警报。例如，鲍德温的团队和其他人的研究表明，鼠尾草通常会释放一种挥发性的防御信号；被切割或受伤的鼠尾草释放的信号量是未受伤鼠尾草的六倍多。种植在受伤鼠尾草下风处的烟草植物受到的昆虫损害要小于种植在未受伤鼠尾草下风处的烟草植物。其他研究发现，黄瓜似乎会对受伤的利马豆发出的信号做出反应。
“我们对植物在应对昆虫时所做的许多事情，与应对病原体时所做的许多事情相似甚至相同这一点，一直认识得比较晚，”现在是宾州州立大学昆虫学教授的杰克·舒尔茨说。“在植物感知附近感染并为此做好准备的方式上，可能会出现一个完全平行的故事。”
尽管如此，研究植物信号传递的生物学家们仍然谨慎，不会夸大他们的研究结果。舒尔茨继续与康苏埃洛·德·莫拉伊斯等研究人员合作，他认为鲍德温在实验室外的开创性研究使我们更接近于理解植物在自然生态系统中是如何进行化学交流的。但舒尔茨也提醒说，还需要做更多的实验。生物学家们还没有记录到信号从植物A传播到植物B的过程，并且许多变量会影响植物的反应：风、干旱、光照、触摸和疾病。“有很多相互作用的因素需要弄清楚，”他说。
一株野生烟草植物生长在犹他州西部的一处烧毁地。它必须部署一套化学武器库来抵御贪婪的昆虫。“世界上还能有一片绿洲，真是太不可思议了，”鲍德温说。
迪克补充说，个体植物对昆虫攻击的反应不同。它们的反应可能取决于养分的可用性，以及植物是宁愿投资于生长还是防御。或者，它可能取决于植物的年龄，以及它是否宁愿专注于生长还是繁殖。或者，它可能取决于植物过去的经验，这可能会加强它的反应。
“展示户外事物如何运作至关重要，”舒尔茨说，“但这并非易事。”
来自野外的知识，那里很少有研究人员涉足，可能会给农业带来真正革命性的变化。农民们现在依赖于大量的农药使用，因为经过高产育种的家养植物，往往已经失去了它们原有的化学防御能力，也无法呼唤帮助。例如，一株野生棉花可以释放出比杂交品种高10倍的挥发性物质，以吸引寄生蜂来攻击侵扰它的毛毛虫。
“作物的选择是为了提高产量和高质量，以及抵抗病虫害，”迪克解释说，“但从未考虑到与生物防治的兼容性。后者对于开发持久且对环境无害的病虫害控制至关重要。在自然界中，植物不仅暴露于食草动物，还暴露于其天敌的多样性。在农业中，天敌的数量通常会减少，因为农业系统通常要简单得多。那些存在的——或者我们引入的天敌——应该受到珍视，并且它们的劳动条件应该得到优化，以便充分利用它们的劳务。”
发展中国家的研究人员已经开始利用植物交流的知识来设计解决方案，将害虫从一种作物推开，引向另一种目标作物。在东非，茎螟幼虫吞噬玉米和高粱田，在田地里种植 molasses grass 可以将害虫推开。molasses grass 释放挥发性化学物质，驱赶茎螟，并吸引毛毛虫的天敌——一种寄生黄蜂。与此同时，茎螟喜欢吃的植物可以种植在田地周围，将害虫从主要作物引开。在某种程度上，这模仿了好的园丁们一直以来直观知道的东西：某些植物似乎能在一起长得很好。
鲍德温和凯斯勒希望他们的研究表明，基于自然的病虫害防治可能很容易适用于多种植物。他们发现，野生烟草植物会释放一系列常见的化合物，这些化合物会吸引一种全能的昆虫盟友，其食谱从毛毛虫卵到叶甲虫和盲蝽不等。
“自然系统可能并不那么精细或专业化，以至于我们无法轻易复制它，”鲍德温说。“我们不必做到完美。”
快到黄昏了，鲍德温和凯斯勒正在设置他们的设备。在烧焦的灌木丛的剪影中，鲍德温停下来听鸟叫。“听起来像一只鸲鹟，”他说。
“不，”凯斯勒说，“是模仿鸲鹟的嘲鸫。”
周围的景象充满了喧闹声。有些能被听到；有些必须被感知。信号正在被发送。信息正在被交换。就像窃窃私语的人们把头转向一个有趣的谈话方向一样，两人都低下身子，弯下腰，更靠近一株烟草植物。
