Ізраїльські науковці показали, що рослини в стресі видають свій стан ультразвуковими сигналами, які можна зареєструвати на відстані. Науковцям вдалося також натренувати алгоритм машинного навчання розпізнавати, що спричинило стресовий стан у рослин — посуха чи пошкодження, винятково на основі звуків, що ті видають. Про таке повідомляється у журналі Cell.
Ілюстрація реєстрації звуків, які видає рослина при стресі від різних чинників. Itzhak Khait et al. / Cell, 2023
Як дійшли до цього дослідження?
Як і інші живі організми, рослини реагують на стресові подразники, як-от посуху, пошкодження чи нестачу поживних речовин. Це може проявлятися, окрім зміни кольору і форми, виділенням летких хімічних сполук, електричною сигналізацією та навіть вібрацією, яка спричиняється утворенням і лусканням крихітних бульбашок повітря у ксилемі. А науковці Тель-Авівського університету поповнили список ще й ультразвуковою сигналізацією — після того, як звернули увагу, що звуки рослин невивчені.
Як слухали рослин?
Дослідники реєстрували звуки від рослин за допомогою двох чутливих мікрофонів, здатних сприймати ультразвук в межах 20-150 кілогерців. При цьому рослини — помідор (Solanum lycopersicum) і тютюн (Nicotiana tabacum) — поміщали в акустично ізольовані камери і або залишали в спокої, або піддавали впливу посухи, не поливаючи довгий час, чи пошкоджували, зрізаючи їхнє стебло.
Як кажуть рослини?
Рослини справді видавали звуки, до того ж різні, у залежності від ситуації. Непотривожені й здорові помідори та тютюн видавали менш як один сигнал на годину, тоді як зів'ялі та зрізані — від 15 до 35 звуків. При цьому помідори сигналізували майже вдвічі частіше. Для порівняння, наповнений глиною горщик без рослини не видав жодного звуку за більш ніж 500 годин прослуховування.
Щодо того, як звучать помідори й тютюн, їхні звуки сягали частоти 57 кілогерців при висиханні і 64 кілогерци при зрізанні. Рівень звукового тиску досягав 63 децибелів, якщо слухати з відстані 10 сантиметрів, що порівнянно зі звичайною людською розмовою. Зважаючи на ці відмінності, науковці натренували модель машинного навчання визначати стан різних рослин за звуками, що ті видають. Відтак їй дали проаналізувати записи, зроблені вже не в ізольованих камерах, а у засадженій теплиці. І модель змогла успішно розрізнити нормальні звуки від стресових з визначенням подразника з точністю 75 відсотків. Тож, можливо, якщо рослини слухати, вони можуть «розповісти», чого їм бракує і покращити за ними догляд та заощадити ресурси.
Автори припускають, що звуки мають те ж походження, що й вібрація. Тепер вони міркують, чи можуть рослини через звук передавати інформацію іншим рослинам або тваринам. У наступних дослідженнях також слід з'ясувати, як реагують рослини інших видів на стрес, зокрема не досліджений тут, як-от ультрафіолетову радіацію чи напад шкідників.