Aina ir pazīstama: sākas lietusgāze, ūdens skar zemi, peļķes piepildās un ainava maina krāsu. Līdz šim tik skaidri nav ticis izmērīts, ka vienlaikus, Zem ūdens vai zemē esošās sēklas "pamana" lietus skaņu. un viņi reaģē, apsteidzot grafiku.
Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) vadīts pētījums, kas publicēts žurnālā “Scientific Reports”, ir sniedzis pirmos kvantitatīvos pierādījumus, kas liecina, ka Augi reaģē ne tikai uz gaismu, gravitāciju vai pieskārienu, bet arī uz dabiskām akustiskām vibrācijām.Proti, rīsu sēklas dīgst ievērojami ātrāk, ja tās tiek pakļautas lietus pilienu skaņai, kas skar ūdens vai augsnes virsmu.
Liela mēroga eksperiments ar tūkstošiem rīsu sēklu
MIT komanda, kuru vada mašīnbūves profesors Nikolass Makris un pētniece Kadīna NavarroViņš izstrādāja virkni liela mēroga eksperimentu ar rīsu sēklām — sugu, kas parasti aug applūdušos laukos vai seklā ūdenī, kas ir ļoti izplatīta parādība lielās Āzijas lauksaimniecības teritorijās un mazākā mērogā arī agronomijas pētniecības projektos Eiropā.
Kopumā zinātnieki strādāja ar vairāk nekā 7.800–8.000 rīsu sēklukuras viņi ievietoja traukos ar seklu ūdens slāni. Viena šo sēklu grupa palika relatīvā klusumā, bet otra grupa tika pakļauta kontrolētai ūdens pilienu krītošai skaņai no dažādiem augstumiem un izmēriem, atdarinot neliels, mērens un stiprs lietus.
Mērķis bija pēc iespējas precīzāk atveidot īstus lietusgāzes apstākļus. Lai to panāktu, pētnieki ne tikai radīja mākslīgas lietus lāses laboratorijā; viņi arī Viņi ierakstīja lietus skaņu peļķēs, dīķos, mitrājos un dabiskās augsnēs vētru laikā., un salīdzināja šos lauka datus ar tiem, kas iegūti testa paplātēs.
Mērījumi parādīja, ka laboratorijas pilieni saražoja akustiskās vibrācijas, kas ir ļoti līdzīgas dabā radītajām kad tiešām līst, kas piešķīra rezultātiem stabilitāti: tas nebija eksperimentāls artefakts, bet gan parādība, kas sagaidāma reālā vidē.
Kā sēklas “dzird” lietu: vibrācijas un statolīti
Visspilgtākais darba aspekts ir tā mehānisms. Kad lietus lāse nokļūst uz peļķes, ūdens piesūcināta lauka vai mitras augsnes virsmas, Tiek ģenerēts skaņas vilnis, kas pārvietojas pa ūdeni vai substrātu. un liek visam apkārt vibrēt, ieskaitot sēklas, kas apraktas seklā dziļumā.
Lai precīzi ierakstītu šos signālus, komanda izmantoja Hidrofoni, speciāli mikrofoni, kas paredzēti darbam zem ūdensAr tiem viņi izmērīja simtiem paskālu akustisko spiediena maksimumus, tas ir, līmeņus, kas salīdzināmi ar tiem, kas reģistrēti nelielā attālumā no lidmašīnas dzinēja, bet šoreiz ūdenī vai piesātinātā augsnē.
Šī akustiskā enerģija nepaliek tikai kā fona troksnis. Vibrācijas spēj fiziski pārvietot sēklas un, galvenais, izspiest sīkas iekšējās struktūras, ko sauc par statolītiem, kas ir mazas, gravitācijas jutīgas organellas, kas atrodas noteiktās augu šūnās.
Statolīti darbojas kā iekšējas "bumbiņas", kas vada auga orientāciju, norādot uz augšu un uz leju, un ir daļa no sistēmām, kas ļauj saknēm un dzinumiem orientēties telpā. MIT pētījumā tika novērots, ka Lietus pilienu radītās vibrācijas pārvietoja šos statolītus par dažiem desmitiem līdz vairākiem simtiem nanometru., diapazons, kas sakrīt ar zināmajiem sliekšņiem gravitācijas izraisītu reakciju izraisīšanai augos.
Kad šī pārvietošanās notika ar pietiekamu intensitāti, Sēklas interpretēja šīs izmaiņas kā signālu "pamosties" no miera stāvokļa un sākt dīgt.Turpretī situācijās, kad statolītu kustība bija minimāla — zem aptuveni viena nanometra —, netika reģistrēta ievērojama ietekme uz augšanas ātrumu.
Izaugsme par 30% līdz 40% ātrāka
Pētījumu rezultāti bija nepārprotami: Rīsu sēklas, kas pakļautas lietus skaņai, dīgst ievērojami ātrāk nekā tās, kas auga klusumā., neskatoties uz to, ka tie atrodas praktiski identiskos fiziskajos apstākļos (vienāda temperatūra, vienāds mitrums, vienāds stādīšanas dziļums).
Dažos testa komplektos grupas, kas dzirdēja pilienu ietekmi To dīgšana paātrinājās par 30% līdz 40%. salīdzinājumā ar kontroles grupām. Citās, detalizētākās analīzēs, kurās tika mērīta faktiskā vibrāciju intensitāte, spēcīgas kratīšanas gadījumā tika novērots pieaugums par 24–37 %, bet mērenas vibrācijas gadījumā — uzlabojums par aptuveni 11–17 %.
Turklāt šī parādība neietekmēja visas sēklas vienādi. Pētnieki atklāja, ka Sēklas, kas atradās tuvāk ūdens virsmai vai zemei, bija jutīgākas pret pilienu skaņu. un dīgst agrāk, savukārt tie, kas atradās nedaudz dziļāk vai tālāk, reaģēja lēnāk.
Tas liek domāt, ka augi ne tikai "uztver", ka līst, bet arī Viņi iegūst informāciju par savu atrašanās vietu uz substrāta.Sēklas, kas spēj reaģēt uz lietus skaņu, parasti atrodas mazāk nekā 5 centimetru dziļumā zem virsmas, un šis diapazons sakrīt ar sēšanas dziļumu, kas tiek uzskatīts par optimālu, lai stāds varētu izdīgt, nenogurstot.
Pēc MIT komandas domām, šī iespēja varētu piedāvāt ievērojama bioloģiska priekšrocībaJa sēkla sadzird lietu un ātri reaģē, tas, iespējams, ir tāpēc, ka tā atrodas apgabalā, kur ir augsts mitrums, mīkstāka augsne un labvēlīgi apstākļi veiksmīgai dīgšanai.
Jauna pieeja augu jutīgumam
Šis atklājums papildina garu uzvedības modeļu sarakstu, kas atspēko veco ideju, ka augi ir “pasīvi” organismi. Jau sen ir zināms, ka daudzas sugas Tie reaģē uz gaismu, pieskārienu, gaisā esošajām ķīmiskajām vielām vai gravitāciju.Daži pēkšņi aizveras, kad tiem pieskaras; citi noliecas gaismas avota virzienā vai prom no toksiskiem savienojumiem.
Šī pētījuma jaunums ir tas, ka tas ar kvantitatīviem datiem parāda, ka Sēklas un stādi reaģē arī uz dabiskiem skaņas stimuliem, pat ja tiem nav dzirdes orgānu. līdzīgi kā dzīvniekiem. Runa nav par "klausīšanos" cilvēciskā izpratnē, bet gan par mehānisku vibrāciju uztveršanu, kas tiek pārraidītas caur vidi un galu galā tiek pārvērstas bioloģiskos signālos.
Nikolaja Makrisa vārdiem runājot, Lietus radītā skaņas enerģija ir pietiekama, lai paātrinātu sēklas sākotnējo augšanu. Un tā varētu būt daļa no adaptīva mehānisma, kas palīdz augiem sinhronizēt savu attīstību ar vides apstākļiem. Tā vietā, lai dīgtu nejauši, sēkla "izmanto" lietus ierašanos, lai aktivizētu augšanas procesus, kad ūdens ir daudz.
Šis veids akustiskā jutība Tas saskan ar iepriekšējiem darbiem, kas veikti 20. gs. astoņdesmitajos un deviņdesmitajos gados, kuros tika dokumentēts, ka Lietus zem ūdens ir daudz trokšņaināks nekā tas, ko mēs uztveram uz virsmas.Ūdens ir blīvāks par gaisu, tāpēc viens un tas pats piliens zem ūdens virsmas var radīt daudz intensīvākus spiediena viļņus nekā atmosfērā, radot īpaši vibrējošu vidi jebkurai sēklai, kas atrodas dažus centimetrus no trieciena vietas.
MIT pētījums ņem vērā šos novērojumus un iet soli tālāk, pierādot, ka Šī skaņas enerģija nav tikai fona troksnis, bet tai ir tieša ietekme uz auga dzīves ciklu.mainot dīgtspējas laikus un, iespējams, izdzīvošanas varbūtības.
Iespējamās lauksaimniecības sekas un jauni pētījumu virzieni
Lai gan darbs ir īpaši vērsts uz rīsiem, autori uzskata par ļoti ticamu, ka Arī citas sēklas ar līdzīgām īpašībām reaģē uz lietus skaņu.Šī hipotēze paver durvis uz daudziem jautājumiem agronomijas un ekoloģijas jomā gan Āzijas un Amerikas rīsu ražošanas reģionos, gan eksperimentālajos un izmēģinājumu laukos, kas pastāv Eiropā.
Viens no izvirzītajiem jautājumiem ir, vai kultūraugiem, kuros sēja tiek veikta dažādā dziļumā, Akustiskās vibrācijas varētu izmantot kā netiešu indikatoru tam, kuras sēklas ir labi novietotas. parādīties vai kuras ir palikušas pārāk dziļi. Lai gan vēl ir pāragri izdarīt praktiskus secinājumus par šīs parādības praktisko pielietojumu, tā varētu būt interesanta apūdeņošanas stratēģiju izstrādē, kontrolētā plūdu novēršanā vai augsnes apsaimniekošanā mitrājos.
Pagaidām pētnieki ir piesardzīgi un koncentrējas uz sava pamatdarba paplašināšanu. Starp viņu gaidāmajiem pētījumu virzieniem ir... analizēt, vai citas dabas parādības, piemēram, vējš vai viļņi, rada vibrācijas, kas spēj izraisīt līdzīgas reakcijas dažādās augu sugāsPats Makris ir norādījis, ka vēja radītajiem viļņiem uz veģetācijas varētu būt līdzīgas lietus viļņu īpašības, kas paver pilnīgi jaunu pētījumu jomu.
Tas vēl jānosaka Cik lielā mērā šī akustiskā jutība ir plaši izplatīta augu valstībā? Un, ja ir augu dzimtas, kas ir īpaši pielāgojušās šo signālu "izmantošanai". Piemēram, Eiropas Vidusjūras ekosistēmās, kur nokrišņi parasti koncentrējas noteiktos gada periodos, mehānisms, kas ļauj sēklām sinhronizēt dīgšanu ar spēcīgu lietusgāžu epizodēm, varētu būt īpaši izdevīgs.
Vienlaikus zinātnieku aprindām būs jāizpēta iespējamās sekas, ko radīs citi cilvēka izcelsmes vibrācijas avotipiemēram, noteiktas lauksaimniecības tehnikas vai infrastruktūras, ietekmi uz augu attīstības agrīnākajām stadijām. Pašlaik par to nav pārliecinošu datu, taču fakts, ka sēklas ir jutīgas pret tik smalkiem mehāniskiem viļņiem, liek mums pārskatīt trokšņa, vibrācijas un augu fizioloģijas saistību.
Pēc šī pētījuma Nikolasa Makrisa starpdisciplinārais profils — ar ilgu karjeru akustiskā okeanogrāfija, skaņas tālizpēte un spiediena viļņu analīze dažādos materiālos— ir izrādījusies izšķiroša nozīme viesuļvētru vai jūras vides pētīšanai izstrādāto mērīšanas metožu piemērošanā tik šķietami atšķirīgā jomā kā augu bioloģija. Šī disciplīnu pārnešana ir labs piemērs tam, kā fizikas un inženierzinātņu metodes var izgaismot procesus, kas ikdienas dabā paliek nepamanīti.
Tomēr tas, kas iepriekš izklausījās tikai pēc metaforas — ka Lietus “pamodina” zemi un sēklas— sāk iegūt izmērāmu pamatu. MIT pētījums liecina, ka augiem nav nepieciešamas ausis, lai pamanītu nokrišņus: pilienu trieciens un to radītā vibrācija ir pietiekama, lai sakratītu iekšējos statolītus un paātrinātu dīgšanas ciklu, pievienojot vēl vienu daļiņu sarežģītajai mīklai par to, kā augi uztver un izmanto informāciju no savas vides.