Растения издают звуки, когда им не хватает воды
На первый взгляд поле или теплица кажутся почти беззвучными. Но если установить рядом с растениями чувствительные ультразвуковые микрофоны, привычная тишина исчезнет. Обезвоженные томаты и табак издают короткие щелчки, которые после перевода в слышимый диапазон напоминают лопающиеся пузырьки или треск попкорна.
Человеческое ухо этих звуков не воспринимает: большая их часть находится в ультразвуковом диапазоне. Тем не менее они распространяются по воздуху, несут информацию о состоянии растения и потенциально доступны насекомым и другим животным с более чувствительным слухом.
Как ученые услышали растения
В 2023 году исследователи из Тель-Авивского университета опубликовали в журнале Cell результаты экспериментов с томатами и табаком. Растения помещали в звукоизолированную камеру, а затем проводили дополнительные наблюдения в обычной теплице. Рядом устанавливали направленные ультразвуковые микрофоны, не касавшиеся стеблей.
Часть растений переставали поливать на четыре-шесть дней — пока влажность почвы не опускалась ниже 5%. У других ножницами срезали стебель. Результаты сравнивали с записями здоровых политых растений, пустых горшков и фонового шума теплицы. Это позволило отделить звуки самих растений от работы оборудования и случайных помех.
Здоровые томаты и табак в среднем издавали меньше одного заметного щелчка в час. При нехватке воды растения становились значительно «разговорчивее»: обезвоженный томат производил в среднем около 35 звуков в час, а табак — около 11. После повреждения стебля показатели составляли примерно 25 и 15 щелчков в час соответственно.
Основная часть зарегистрированных звуков находилась в диапазоне от 40 до 80 кГц. Для сравнения, верхняя граница слышимости человека обычно составляет около 20 кГц, поэтому без специального оборудования услышать такие щелчки невозможно.
Чем сильнее засуха, тем громче растение
Количество звуков менялось по мере высыхания почвы. Сразу после полива растения оставались почти бесшумными. В течение следующих четырех-пяти дней частота щелчков постепенно увеличивалась, но после сильного обезвоживания снова снижалась. Полностью высохшее и увядающее растение производило меньше сигналов, чем на промежуточной стадии нехватки воды.
Исследователи также обнаружили связь между числом щелчков, содержанием воды в почве и интенсивностью транспирации — испарения влаги через листья. Это означает, что звук отражал реальные физиологические процессы, а не возникал случайно.
Записи проанализировали с помощью машинного обучения. Алгоритм различал звуки высохших и срезанных растений примерно с 70-процентной точностью. В теплице система отделяла обезвоженные томаты от нормально политых только по акустическим данным с точностью около 84%.
Откуда берутся щелчки
У растений нет голосовых связок или специальных органов для создания звуков. Вероятным источником щелчков ученые считают кавитацию в ксилеме — ткани, по которой вода движется от корней к листьям.
При нормальном водоснабжении внутри сосудов ксилемы сохраняется непрерывный столб жидкости. Во время засухи давление меняется, а в воде могут появляться и разрушаться пузырьки воздуха. Возникающие при этом колебания передаются стеблю и затем распространяются в окружающем воздухе в виде ультразвука.
Однако окончательно происхождение всех зарегистрированных звуков пока не установлено. Исследователи называют кавитацию наиболее вероятным объяснением по крайней мере части сигналов, но не исключают существование других механических процессов.
Кричат ли растения от боли
Фразы о «крике» или «просьбе о помощи» хорошо звучат в заголовках, но могут вводить в заблуждение. Исследование показало, что физиологический стресс сопровождается звуками, однако не доказало, что растения производят их намеренно или пытаются передать сообщение.
Скорее всего, щелчки возникают как физическое следствие нарушения движения воды. При этом сигнал все равно может оказаться полезным другим организмам. В природе необязательно намеренно «говорить», чтобы окружающие научились извлекать информацию из производимого звука.
Кто способен услышать растения
По расчетам авторов работы, ультразвуковые сигналы могут улавливать некоторые насекомые и млекопитающие, находящиеся в нескольких метрах от растения. Среди потенциальных слушателей — мыши, летучие мыши и ночные бабочки, чувствительные к высоким частотам.
Позднее ученые проверили эту гипотезу на самках хлопковой совки. Эти бабочки откладывают яйца на растения, которыми после вылупления питаются гусеницы. В экспериментах насекомые меняли выбор места для кладки в зависимости от воспроизводимых ультразвуковых щелчков обезвоженных томатов.
Когда перед бабочками находились два здоровых растения, но рядом с одним проигрывали запись «жаждущего» томата, насекомые чаще выбирали тихое растение. После ограничения слуха предпочтение исчезало. Авторы заключили, что бабочки способны использовать акустическую информацию при выборе места для потомства.
Это пока не означает, что между растениями и животными существует полноценный «язык». Однако звуки могут стать еще одним источником информации наряду с запахом, цветом, влажностью и химическим составом листьев.
Недавно мы разбирались, правда ли, что пчелы умеют издавать звуки воровства. Все оказалось не так однозначно.
Подписывайтесь на наше сообщество во ВКонтакте, чтобы не пропустить новости науки и прямые трансляции с наших мероприятий.