И даже иногда производят звук!
В 1986 году принц Чарльз в своём телеинтервью сказал, что очень важно разговаривать со своими растениями. Тогда его высмеяли, но, похоже, королевская мудрость опередила свое время. Сейчас имеется множество доказательств того, что растения могут улавливать звук, реагировать на него и, возможно, даже воспроизводить его.
Ещё с 1960-х ученые воспроизводили для растений различные звуки — от Бетховена до Майкла Джексона. И с годами получали всё больше доказательств того, что растения их воспринимают. В одной статье, опубликованной в 2018 году, утверждалось, что азиатский кустарник, известный как телеграфное растение, вырастил значительно более крупные листья под воздействием буддийских песнопений в течение 56 дней. При этом никаких изменений не происходило, если растение «слушало» западную поп-музыку или тишину. Другое исследование, опубликованное в прошлом году, показало, что бархатцы и шалфей, подвергающиеся воздействию шума оживленной автомагистрали, замедляют рост.
Другое исследование, большая часть которого проведена в Китае, показало, что определенные частоты, воспроизводимые в акустически контролируемых средах, таких как теплицы, могут повлиять на прорастание семян и даже повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Растения тоже могут издавать звуки, хотя и не намеренно. Ранее в этом году группа исследователей из Тель-Авивского университета опубликовала статью в Cell Press, в которой сообщалось, что несколько видов растений издают звуки в ответ на разные стрессы, хотя и не на тех частотах, которые слышат люди.
На самом деле, в этом нет ничего странного, ведь звук несет полезную информацию об окружающей среде организма. С эволюционной точки зрения нет никаких оснований считать, что эта информация будет использоваться только животными.
Растения слышат «опасные» вибрации
Растения развивались вместе с насекомыми, которые их опыляли и поедали на протяжении сотен миллионов лет. Ботаник Хайди Аппель задумался, а не могут ли растения быть чувствительными к звукам, издаваемым животными, с которыми они чаще всего взаимодействуют? Исследователи зафиксировали вибрации, производимые некоторыми видами гусениц, когда они грызли листья. Эти вибрации недостаточно сильны, чтобы создавать звуковые волны в воздухе. Но они способны перемещаться по листьям и ветвям и даже к соседним растениям, если их листва соприкасается.
Затем исследователи подвергли кресс-салат Тале (лабораторная крыса от мира растений) воздействию записанных вибраций, хотя на самом деле гусениц там не было. Позже они поместили на растения настоящих гусениц, чтобы проверить, заставили ли вибрации их подготовиться к нападению насекомых. Результаты были поразительными. В подвергшихся воздействию листьях содержание защитных химических веществ, таких как глюкозинолаты и антоцианы, было значительно выше, что значительно затрудняло их поедание гусеницами. Листья контрольных растений, не подвергавшихся воздействию вибрации, не показали такой реакции. Другие виды вибрации, вызванные, например, ветром или другими насекомыми, не питающимися листьями, не имели никакого эффекта.
С тех пор этот эксперимент был многократно воспроизведен как на кресс-салате, так и на табачном растенииа также на различных гусеницах. Хотя вибрации, создаваемые разными насекомыми, жующими разные листья, различаются, рассматриваемые растения всегда способны распознавать их как угрозу и соответствующим образом защищаться.
В 2019 году исследователи более внимательно изучили, что именно происходит с биохимической точки зрения, когда растения подвергаются воздействию жевательных звуков. Многие из химических соединений, выпущенных для борьбы с атаками насекомых, оказались аналогичными тем, которые производятся для того, чтобы лучше переносить холодную погоду. Предположительно, обе ситуации активируют схожие сигнальные пути, связанные со стрессом.
Исследование может иметь и практическое значение. Дроны, оснащенные динамиками и нужными аудиофайлами, могут предупреждать посевы об обнаружении вредителей, которые ещё не успели широко распространиться. В отличие от химических пестицидов, звуковые волны не оставляют токсичных остатков. С помощью прогнозов погоды систему можно будет даже использовать для подготовки посевов к похолоданиям.
Если с эволюционной точки зрения есть смысл слышать насекомых, то было бы столь же логично, если бы растения «слышали» шумный ресурс, от которого они зависят: воду. В 2017 году эколог Моника Гальяно опубликовала доказательства того, что они действительно могут.
Корни растений чувствительны даже к незначительному количеству воды в почве и активно реагируют на градиенты влажности. Интересно, что семена способны пускать корни в ближайшую воду, даже когда почва в непосредственной близости была сухой. Доктор Гальяно предположила, что корни могут определять грунтовые воды по звуку, и проверила свою теорию на горохе.
Растения выращивали в горшках с раздвоенным дном. Их можно было наполнять как сухой, так и влажной почвой. Как и ожидалось, корни оказались очень чувствительными к присутствию влаги и легко росли по направлению к ней. Затем доктор Гальяно добавила еще один поворот. Некоторые развилки были окружены пластиковыми трубами, наполненными водой, создававшими водяной шум, но остававшейся недоступной для корней. Оказалось, что трубы с шумящей водой столь же соблазнительны для растущих корней, как и сама вода.
Тогда доктор Гальяно и ее коллеги разместили небольшие динамики в основаниях некоторых трубок и воспроизводили записанный звук воды, белый шум или ничего. Интересно, что растения распознали обман. Они предпочитали расти в сухой почве, но держаться пождальше от звуков из динамиков. При этом, если выбирать приходилось между двумя разными динамиками, они предпочитали расти в сторону того, где звучала вода.
Доктор Гальяно подозревает (но пока не может доказать), что за такое проницательное поведение ответственны маленькие магниты, обнаруженные в динамиках. В нескольких старых работах высказывалось предположение, что растения могут обнаруживать магнитные поля.
Тем не менее, результаты показывают, что при отсутствии влаги в почве растения гороха могут улавливать звук воды в трубах и следовать за ним к источнику. Это тоже может оказаться ценной информацией. Корни растений являются серьезной причиной повреждения канализационных систем во всем мире. В Германии ежегодные затраты на удаление корней и сопутствующий ремонт труб составляют около 28 миллионов евро… Предполагалось, что именно утечки привлекли корни. Но результаты доктора Гальяно показывают, что даже водонепроницаемые трубы все еще могут подвергаться атакам. Решением могла бы стать звукоизоляция труб.
Крик о помощи
Некоторые растения, пусть и не преднамеренно, умеют ещё и издавать звуки. Иногда растения можно заставить вибрировать. Это может произойти, когда им не хватает воды. Это приводит к образованию пузырьков воздуха в ксилеме — специальной ткани, которая переносит воду от корней растения к его листьям. Когда эти пузырьки схлопываются, они передают небольшие ударные волны в окружающие ткани. Эти вибрации можно измерить с помощью устройств, прикрепленных к самим растениям. Но можно ли их услышать издалека?
Исследователи поместили растения томата и табака в коробку с микрофонами. Половину полили, а половина осталась засохшей. Исследователи повторили эксперимент с другим набором растений, у половины из которых стебли были срезаны, а половина осталась неповрежденной.
Микрофоны улавливали очень мало звука от здоровых растений. Но те, у которых не было воды или которые были разрезаны, издавали изрядный шум, хотя и на частотах, слишком высоких для человеческого слуха. Разный тип стресса порождал разные виды звука. Когда записи были переданы в алгоритм машинного обучения, он смог отличить звуки, издаваемые засыхающими растениями, от звуков поврежденных.
Когда эксперимент повторили в теплице, оказалось, что микрофоны все еще могут улавливать звуки на расстоянии 10 см. Эксперименты с кактусами, кукурузой, виноградной лозой и пшеницей дали аналогичные результаты, как и с томатом, страдающим от заражения вирусом мозаики, распространенным патогеном, который может нанести ущерб урожайности.
Фермеры следят за здоровьем своих посевов визуально. (Например, вирус мозаики назван так из-за пятнистого рисунка на листьях больных растений.) Но следить за огромным полем невозможно. Однако если растения передают звуковые сигналы о беде, то оснащение поля микрофонами может помочь фермерам не пропустить неприятности.
То, что растения живут в мире, полном звуков, уже не подлежит сомнению. Но остается еще много вопросов. Одним из них является влияние человеческой цивилизации. Хорошо известно, что из-за шума городской жизни птичьи крики становится труднее расслышать, из-за этого им приходится петь громче. Поскольку струящаяся вода, голодные гусеницы и страдающие растения ведут себя очень тихо, кажется, стоит выяснить, сталкиваются ли растения с подобными проблемами.