Nowe badania wykazały, że niektóre rośliny mogą generować ultradźwiękowe piski niesłyszalne dla ludzkiego ucha, gdy znajdują się w sytuacji zagrożenia. Naukowcy uważają, że odkrycia te mogą otwierać drzwi całkiem nowej gałęzi rolnictwa precyzyjnego, w której rolnicy będą słuchać, co dolega uprawianym przez nich roślinom.

Świat roślin zwykle uważany jest za cichy, ale nagrania krzaczków wydających dźwięki pod wpływem stresu mogą to zmienić. Itzhak Khait i jego koledzy z Uniwersytetu w Tel Awiwie odkryli, że uprawy pomidorów i tytoniu emitują dźwięki o częstotliwościach, których ludzie nie słyszą, gdy doskwiera im brak wody lub gdy ich łodyga została uszkodzona.

„Te odkrycia mogą zmienić sposób, w jaki myślimy o królestwie roślin, które do tej pory uważano za prawie bezgłośne” – napisali naukowcy w publikacji, która dostępna jest w bazie pre-printów bioRxiv. Choć badania te nie zostały opublikowane w recenzowanym czasopiśmie naukowym, ich autorzy twierdzą, że przyczyniają się do lepszego zrozumienia ewolucji roślin i ekologii.

Ultradźwiękowe piski zestresowanych roślin

Wcześniejsze badania wykazały, że stres spowodowany zmianami temperatury, światła, a także atakiem roślinożerców, może zmieniać fenotyp rośliny, powodując zmiany jej koloru, zapachu i kształtu. Stwierdzono również, że rośliny poddane stresowi wydzielają lotne związki organiczne. Izraelscy uczeni chcieli sprawdzić, czy zestresowane rośliny wydają również dźwięki.

Naukowcy w swoich badaniach umieścili mikrofony wychwytujące dźwięki w zakresie od 20 do 100 kiloherców w odległości 10 centymetrów od roślin. Ich zdaniem takie dźwięki są w stanie usłyszeć owady, a nawet niektóre ssaki z odległości pięciu metrów. Co więcej, mogą na nie reagować. Badacze sugerują, że chociażby taka ćma może nie być skłonna do złożenia jaj na roślinie, która wydaje się być zestresowana brakiem wody. Spekulują także, że piski zestresowanej rośliny mogą słyszeć inne rośliny i odpowiednio na to reagować.

W tego rodzaju badaniach zazwyczaj podłączano do roślin urządzenia rejestrujące wibracje spowodowane przez formowanie się i pękanie pęcherzyków powietrza w rurkach ksylemowych, które służą do transportu wody. Proces ten znany jest jako kawitacja i badacze sądzą, że jest on możliwym wyjaśnieniem sposobu, w jaki rośliny generują dźwięki. W nowych badaniach po raz pierwszy dźwięki roślin zostały zmierzone na odległość.

Pomiary dokonane przez uczonych wykazały, że przeciętnie krzaczki pomidorów, którym brakowało wody, wydawały 35 dźwięków na godzinę. Rośliny tytoniu poddane temu samemu stresorowi wydawały 11 dźwięków na godzinę. Gdy naukowcy dokonywali cięć na łodygach roślin, pomidory wydawały średnio 25 dźwięków w ciągu następnej godziny, a rośliny tytoniu 15. Rośliny z grupy kontrolnej, które nie były poddawane czynnikom stresującym, wytwarzały mniej niż jeden dźwięk na godzinę.

Rolnicy będą prowadzić nasłuch swoich upraw?

Badacze ustalili nawet, jaki dźwięk przypisać do konkretnego rodzaju stresu. Wyszkolili algorytmy uczenia maszynowego, by rozróżniały dźwięki roślin od wiatru, deszczu i innych dźwięków obecnych w szklarni. To pozwoliło na prawidłową identyfikację (w większości przypadków) dźwięków wydawanych przez rośliny i określenie, czy stres był spowodowany brakiem wody czy urazem łodygi. Algorytmy nauczyły się rozpoznawać ultradźwięk w oparciu o jego intensywność i częstotliwość . Na przykład spragniony tytoń wydawał głośniejsze dźwięki niż tytoń, któremu pocięto łodygę.

Chociaż Khait i jego koledzy badali rośliny pomidorów i tytoniu, uważają, że inne rośliny mogą również wydawać dźwięki, gdy są zestresowane. We wstępnych badaniach zarejestrowali także dźwięki wydawane przez kaktusa (Mammillaria spinosissima) i jasnotę różową (Lamium amplexicaule).

Choć brzmi to jak koncepcja zaczerpnięta z literatury science fiction, to naukowcy sugerują, że umożliwienie rolnikom słuchania ich upraw może stworzyć nowy kierunek w dziedzinie rolnictwa precyzyjnego. Dzięki temu rolnik mógłby dowiedzieć się, że jego uprawom brakuje wody lub że są atakowane przez owady albo są chore. Uczeni dodają, że taka zdolność będzie mieć coraz większe znaczenie, ponieważ zmiany klimatu narażają coraz więcej obszarów na suszę.

– Sugestia, że ​​dźwięki wytwarzane przez rośliny narażone na suszę mogą być wykorzystane w rolnictwie precyzyjnym, wydaje się wykonalna, jeśli nie będzie zbyt kosztowna, aby nagrywać je w terenie – oceniła Anne Visscher z Royal Botanic Gardens w Kew w Wielkiej Brytanii. Zaznaczyła jednak, że obecnie nie można zidentyfikować innych stresorów, takich jak sól czy temperatura. Dodała też, że niektóre stresory mogą prowadzić do braku emitowania dźwięków. Ponadto nie przeprowadzono żadnych eksperymentów, które miałyby wykazać, czy ćmy lub inne zwierzęta mogą słyszeć i reagować na dźwięki wydawane przez rośliny, więc pomysł ten pozostaje na razie w sferze spekulacji.

– Kawitacja jest najbardziej prawdopodobnym mechanizmem, dzięki któremu rośliny mogłyby generować ultradźwięki – powiedział komentując badania Edward Farmer z Uniwersytetu w Lozannie. Przyznał jednak, że jest sceptyczny wobec wyników badań. Odniósł się też do pomysłu, że ćmy mogą słuchać roślin i na tej podstawie decydować, gdzie złożyć jaja. Zaznaczył, że jest wiele innych wyjaśnień, dlaczego owady unikają niektórych roślin.

 

 

ŹródłoNew Scientist, sci-news.com