Рослини "кричать": нечутні сигнали стресу
Довгий час вважалося, що світ рослин є мовчазним та пасивним, але нове новаторське дослідження вчених повністю перевертає це уявлення. Виявляється, рослини можуть "кричати" від болю, видаючи слабкі ультразвукові клацання, коли перебувають у стані стресу.
Ці сплески ультразвуку, що нагадують легкі удари або клацання, подібні до лопання бульбашкової плівки. Зокрема, такі сигнали фіксували у рослин томату та тютюну, коли вони страждали від зневоднення або були фізично пошкоджені. За даними SciTechDaily, ці звуки мають гучність звичайної розмови (близько 60–65 децибел), але генеруються на частотах, що далеко виходять за межі людського слуху.
Це відкриття свідчить, що навколишній світ може бути наповнений нечутним для нас рослинним шумом.
Приховані звуки у "беззвучному" світі
"Навіть у тихому полі насправді є звуки, які ми не чуємо, і ці звуки несуть інформацію", – пояснює Лілах Хадані, старший автор дослідження, еволюційний біолог і теоретик Тель-Авівського університету. Вона додає, що існують тварини, які здатні чути ці звуки, що вказує на ймовірність активної акустичної взаємодії в природі.
Хоча раніше вчені вже фіксували ультразвукові вібрації у рослин, це дослідження вперше довело, що такі звуки передаються повітрям. Це робить їх значно важливішими для інших організмів у навколишньому середовищі. "Рослини постійно взаємодіють з комахами та іншими тваринами, і багато з цих організмів використовують звук для спілкування. Було б вкрай невигідно, якби рослини взагалі не використовували звук", – підкреслює Хадані.
Для проведення дослідження вчені записували звуки як здорових, так і стресованих рослин томатів і тютюну за допомогою мікрофонів. Експерименти проводилися спочатку в звуконепроникній камері, а потім у теплиці з фоновим шумом.
Рослини піддавалися стресу двома способами: позбавленням води на кілька днів та зрізанням стебел. Після цього команда навчила алгоритм машинного навчання розрізняти звуки здорових, зневоднених та пошкоджених рослин.
Чіткі сигнали лиха
Результати показали, що рослини в стані стресу видають набагато більше звуків, ніж здорові. Ці шуми сприймаються як клацання або ляскання, при цьому одна стресована рослина генерує від 30 до 50 звуків на годину через нерегулярні проміжки часу.
На противагу цьому, здорові рослини переважно мовчали. "Коли томати зовсім не відчувають стресу, вони поводяться дуже тихо", – зазначає Хадані.
Рослини, що зазнавали водного стресу, починали видавати звуки ще до появи видимих ознак зневоднення. Кількість звуків досягала піку приблизно через п'ять днів без води, а потім знижувалася, коли рослини повністю висихали. Тип звуку також варіювався залежно від причини стресу. Система машинного навчання успішно розрізняла зневоднення та фізичне пошкодження і навіть могла визначити, чи походять звуки від томату чи від тютюну.
Хоча дослідження, опубліковане в престижному журналі Cell, було зосереджене на томатах і тютюні через їхню легкість вирощування в контрольованих умовах, дослідники протестували й інші види. "Ми виявили, що багато рослин – наприклад, кукурудза, пшениця, виноград і кактуси – видають звуки, коли перебувають у стресовому стані", – підкреслює Хадані.
Точна причина цих звуків досі не встановлена. Дослідники припускають, що вони можуть бути результатом кавітації – процесу, під час якого бульбашки повітря утворюються та лопаються всередині судинної системи рослини.
Спілкування чи побічний продукт?
Наразі незрозуміло, чи видають рослини ці звуки навмисно для спілкування. Проте їхнє існування може мати важливі екологічні та еволюційні наслідки.
"Цілком можливо, що інші організми могли еволюціонувати, щоб чути ці звуки і реагувати на них", – припускає Хадані. "Наприклад, метелик, який має намір відкласти яйця на рослину, або тварина, що збирається її з'їсти, могли б використовувати ці звуки для прийняття рішення".
Інші рослини також можуть вловлювати ці сигнали і реагувати на них. Попередні дослідження показують, що рослини реагують на звук і вібрацію. Хадані та її колеги виявили, що рослини підвищують рівень цукру в нектарі, коли "чують" запилювачів, а інші дослідження показують, що звук може змінювати експресію генів рослин.
"Якщо інші рослини отримують інформацію про стрес до того, як він фактично відбудеться, вони можуть підготуватися", – заявляє Хадані.
Ці відкриття можуть знайти практичне застосування в сільському господарстві. Моніторинг звуків рослин може допомогти фермерам відстежувати рівень зволоження сільськогосподарських культур і підвищувати ефективність зрошення.
"Ми знаємо, що навколо багато ультразвуку; щоразу, коли ви використовуєте мікрофон, ви виявляєте, що безліч речей видає звуки, які ми, люди, не чуємо. Але той факт, що рослини видають ці звуки, відкриває абсолютно новий шлях можливостей для спілкування, підслуховування та використання цих звуків", – зазначає співавтор Йосі Йовель, нейроеколог з Тель-Авівського університету.
"Тепер, коли ми знаємо, що рослини дійсно видають звуки, наступне питання: "хто може їх слухати?"" – пояснює Хадані. "Наразі ми вивчаємо реакцію інших організмів, як тварин, так і рослин, на ці звуки, а також досліджуємо нашу здатність ідентифікувати та інтерпретувати звуки в повністю природному середовищі".
