Новаторское исследование доказывает, что растения «говорят»
Вы бы не подумали, но цветочное поле может быть довольно шумным местом. Не из-за щебетания птиц или жужжания пчел… а из-за звуков, которые издают сами растения.
В новом исследовании ученые доказали, что такие растения, как кактусы, могут «говорить» Регистрировано с помощью ультразвуковых микрофонов. Courtesy
Впервые израильские исследователи смогли доказать , что растения действительно издают шум. Они уловили хлопающие звуки попкорна, которые обычно находятся за пределами слышимости человеческого уха, с помощью ультразвуковых микрофонов.
Это открытие меняет наше понимание мира природы, и исследователям из Тель-Авивского университета еще многое предстоит понять. В частности, кто или что слушает эти шумы и почему.
Благодаря этому открытию появляется возможность отслеживать, борется ли растение с невидимым патогеном, и предотвращать его распространение на все поле без вмешательства. Фермеры также смогут более эффективно поливать свои посевы и применять инсектициды.
«Животные постоянно общаются, издавая звуки и реагируя на звуки, поэтому было бы довольно глупо и неадекватно, если бы растение было полностью глухим и немым», — говорит NoCamels профессор Лилах Хадани из Школы наук о растениях и продовольственной безопасности.
«И все же именно так растения воспринимались долгое время».
Поэтому она начала думать об этом теоретически. «Я думала, что, возможно, смогу найти вескую причину того, что растения глухие и немые, несмотря на то, что животные все время общаются звуками, но не нашла никакого хорошего объяснения», — говорит она.
Хадани руководила новаторскими исследованиями вместе с профессором Йосси Йовелем, главой школы нейробиологии Сагол.
Звуки, издаваемые растениями, различаются от вида к виду, а также различаются по шуму и частоте в зависимости от вида стресса, в котором они находятся, например, когда они обезвожены, срезаны или заражены вирусом.
«По мере того, как обезвоживание усиливается, а затем снижается, появляется больше звуков», — объясняет Хадани. «Поэтому, когда растение помидора совершенно сухое и жалкое [но еще не мертвое], оно не издает никаких звуков».
Срезанное растение, напротив, издает шум только в течение нескольких часов. А когда растения не испытывают стресса, говорит она, они очень тихие, издавая менее одного звука в час.
Исследователи, которые руководили исследованием, профессор Йосси Йовель (слева) и профессор Лилах Хадани (справа). Courtesy
Хадани пока не уверена, как растения производят шум. Текущая теория состоит в том, что это связано с кавитацией, когда напряжение воды в тканях растения становится настолько высоким, что она внезапно превращается в пузырьки газа и испускает ультразвуковой хлопок.
Растения издают звуки в диапазоне от 40 до 80 кГц — совершенно вне человеческого слуха, то есть до 16 кГц.
«Летучие мыши постоянно издают звуки в этих диапазонах, а мыши, собаки и кошки могут частично слышать в этом диапазоне», — говорит она.
Крики летучих мышей могут варьироваться от 9 до 200 кГц, поэтому вполне вероятно, что они могут слышать звуки, издаваемые растениями. (Предоставлено Мириам Фишер / Pexels)
Для записи звуков впервые использовалось дорогое и чувствительное записывающее оборудование.
Ультразвуковые микрофоны, которые могли регистрировать звуки на частоте 20-250 кГц, располагались на расстоянии около 10 см от каждого растения.
До этого момента они использовались и использовались только для зоологии и никогда для исследований в области наук о растениях. По словам Хадани, это происходит потому, что люди просто не рассматривали возможность того, что растения могут издавать звуки, поэтому никогда не думали записывать их.
Исследование в основном было сосредоточено на растениях томата и табака, но также были зарегистрированы пшеница, кукуруза, кактус и белокрылка (близкий родственник пурпурной мертвой крапивы).
Растения томата были среди видов, зарегистрированных для исследования. (Предоставлено РОМАНОМ ОДИНЦОВЫМ / Pexels)
Хадани и другие исследователи сначала поместили растения в акустическую коробку в тихом изолированном подвале без фонового шума и записали их.
Затем они поместили растения в теплицу с сильным фоновым шумом. Некоторые растения не поливали пять дней, у некоторых были обрезаны стебли, а некоторые оставались нетронутыми.
Затем записи были проанализированы специально разработанными алгоритмами машинного обучения, которые научились различать разные виды и разные типы звуков и в конечном итоге смогли идентифицировать растение и определить тип и уровень стресса по записям.
Сейчас Хадани хочет выяснить, кто или что использует информацию, содержащуюся в звуках, и кто или что извлекает из этого пользу.
Хадани считает, что животные, как и мотыльки, потенциально могут использовать звуки растений для принятия решений, например, где откладывать яйца. (Предоставлено Егором Камелевым / Pexels)
«Одной из групп могут быть животные, например мотыльки, откладывающие яйца», — говорит она. «Он мог выбирать между растением, издающим звуки, и растением, которое не издает звуки.
«Второе [направление нашего исследования], возможно, заключается в том, что растения тоже реагируют на эти звуки и готовятся к стрессу, более эффективно используя воду, закрывая свои устьица [поры] и выстраивая глобальную защиту от патогенов», — сказала она. говорит.
«Но я думаю, что во всем этом вопросе биоакустики есть более широкий потенциал, потому что это означает, что повсюду есть еще один слой информации — о растениях и о том, как это может влиять на растения или других животных. Это может иметь отношение к функционированию экосистемы, сохранению и пониманию того, когда определенная среда подвергается стрессу».
Уточним, что межзаводская коммуникация известна и признается. Растения, попавшие в беду, могут изменить цвет и форму — визуальный сигнал, который не повлияет на другие растения, но может произвести впечатление на животных: вы сорвете и съедите почерневший, сморщенный початок кукурузы или красивый, жирно-желтый початок? Но меняется и запах: травмированные растения выделяют летучие соединения, которые могут вызывать реакции у других растений.
Что касается безумного хлопания, независимо от того, «хочет ли» растение это сделать, оно сообщает: меня съедают, я высыхаю, у меня болезнь.
Эффективно ли это общение, еще не доказано, но команда подозревает, что это возможно. Вы мотылек, ищущий хорошее место, чтобы отложить яйца. Будете ли вы избегать шумного помидорного листа на том основании, что он болен и будет паршивым местом для детей?
Большие древесные нимфы откладывают яйца под предположительно тихий лист. Фото: happykamill/Shutterstock.com
Йовель не считает, что интенциональность участвует в общении между растениями, но, по его словам, звук ясно передает информацию. Чем сильнее стресс у растения, например, из-за засушливости, тем больше звука оно издает. И, добавляет он, было показано, что цветы реагируют на звуки насекомых.
Они делают? «Мы измерили его с помощью лазеров и показали, что растение колеблется — вибрирует — с частотой крыльев насекомого», — говорит он.
Наконец, используя модели машинного обучения, команда смогла с высокой степенью точности различать растения, страдающие от засухи, срезанные и контрольные, основываясь только на издаваемых ими звуках. Теоретически это может однажды помочь фермерам, прежде чем они узнают, что растение обезвоживается, чернеет или его съедают черви.
Источник
Могут ли растения слышать? А говорить? Ученые получили интересные данные на этот счет
Растения — не такие уж и пассивные создания. Они реагируют на обстановку и обмениваются химическими сигналами. Но могут ли они, подобно животным, слышать звуки и сами их издавать?
Опылителей растения привлекают приятным запахом за счет летучих химических веществ, тем же способом справляются с паразитами. К примеру, маис, зараженный личинками совки, испускает терпеноиды, привлекающие паразитических пчел — врагов личинок. Огурцы и яблоки, пораженные паутинным клещом, выделяют соединения, привлекающие клещей-хищников, чтобы те дали отпор вредителям. Деревья могут обмениваться друг с другом углеродом с помощью «подземного интернета» — грибных нитей, оплетающих их корни и простирающихся на много километров. Почему бы им в таком случае не уметь реагировать на звуки? Теоретически это возможно. Кроме того, издавать звук энергетически дешевле, чем передавать сигналы химически, — неужели растения просто освоили более сложный вид коммуникации, не попробовав что-то попроще?
Подобные гипотезы восходят к дебатам биологов конца XIX века о том, «умнее» ли растения, чем нам кажется, реагируют ли они на сигналы, подобно животным, и можно ли говорить о каком-либо поведении у флоры. Возможно, с легкой руки бенгальского ученого-энциклопедиста того времени Джагдиша Боса, считавшего, что растения чувствуют боль и эмоции, появились городские легенды о способности фикуса на вашем подоконнике различать человеческий голос или лучше расти под классическую музыку.
Определенная связь между звуками и процессами в растениях все же есть. Недавно ученые выяснили, что звук на частоте 1 кГц, испускаемый в течение одного часа на расстоянии 20 см от растения, способствует делению его каллусных клеток (аналог стволовых клеток у растений) и повышает активность защитных ферментов и гормонов. Другие эксперименты продемонстрировали, что урожайность шпината, хлопка, риса и пшеницы увеличивается на 5–20%, если растения «слушают» громкие звуки по три часа несколько дней. Но могут ли растения реагировать на звуки еще быстрее? Это взялась выяснить группа ботаников и инженеров из Тель-Авивского университета.
Как не имеющий уши что-то услышит
Ученые рассудили просто: главные партнеры растений — опылители, о приближении многих из которых можно узнать только по жужжанию их крыльев. Растения стараются привлечь их сладким нектаром, но постоянно держать нектар сладким невыгодно – он может испортиться, в нем заведутся бактерии, и, наконец, случайные любители поесть сладкого могут добраться до цветка раньше полезных насекомых. Что, если растения могут усиливать сладость нектара, заслышав приближение опылителя?
Это и проверили в экспериментах с ослинником (Oenothera drummondii) — многолетним травянистым растением с небольшими желтыми цветами. В четырех испытаниях участвовало 667 растений. Их поделили на несколько экспериментальных групп.
Первая группа росла летом в естественной среде. Растениям давали в течение 30 секунд послушать тишину (никакого звука), затем включали сигнал с частотой, нарастающей от 50 до 1000 Гц и таким образом проверяли почти все звуки, которые могут сопровождать полет опылителей. Затем включали высокий звук (158–160 кГц) — за пределами возможностей насекомых.
Вторая группа росла летом, но уже в помещении, и «слушала», кроме тишины и двух звучков, еще и запись жужжания пчелы с пиком на уровне 200–500 Гц. Третью группу вырастили осенью, и, помимо контрольных высоких и низких звуков, она «слушала» еще один, «средний», на частоте 34–35 кГц. А для того, чтобы уточнить участие в «слухе» цветка, эту же группу проверили точно так же еще раз, но спрятав цветок в стеклянную колбу, выложенную звукопоглощающим материалом. Последняя группа тоже «слушала» звуки трех видов, но выращивали ее весной.
Из цветков до эксперимента извлекали нектар и измеряли уровень его сахара, затем немедленно давали «послушать» один из трех звуков, а еще три минуты спустя снова измеряли уровень сахара в их нектаре. Выяснилось, что концентрация сахара в нектаре растений, которые «слышали» пчел или эквивалентный их жужжанию звук, была на 20% выше, чем у тех, кто «слышал» слишком высокие звуки или «слушал» тишину.
Еще исследователям удалось зафиксировать и мелкую вибрацию цветов, причем только в ответ на жужжание пчелы, либо звук аналогичной частоты. В ответ на более высокие или низкие звуки цветы не вибрировали. Также они оставались в спокойном состоянии, когда цветок накрывали стеклянным куполом, — следовательно, «ушами» растения можно считать его цветы.
Как понимать результаты этого эксперимента и что еще делали ученые, чтобы разобраться со «слухом» и «речью» растений — читайте в полной статье на научно-популярном сайте «Чердак».
Евгения Щербина
Источник