Reagerer planter faktisk på lyd?

Fremskritt innen sensorer og kommunikasjonssystemer, for eksempel de som identifiserer mengden vann og gjødsel som trengs i bare ett hjørne av en tomt, gjør at bøndene kan bruke teknologi til å produsere mer mat. Nå er det et overraskende nytt verktøy å legge til presisjonslandbruksarsenalet: lyd.

I denne episoden avGastropod, undersøker vi hvordan forskere og bønder lytter til lydene fra gården, fra James Bond-inspirerte spionenheter som kan fange vingeslagene til sultne insekter fra flere titalls meter unna, til mikrofonutstyrte droner som patruljerer hønsehus på jakt etter syke kyllinger.

Kan lyd hjelpe oss med å holde Floridas sitruslunder i live, gjøre rosenkålen enda sunnere og sette husdyrene til å styre sin egen velferd? Hør nå!

Mozart for planter

Ideen om at planter kan høre og reagere på musikk har en lang og rutete historie. Charles Darwin gjorde sin sønn, Francis, spille fagott foran en urt mens han så for å se om bladene rykket (planten var urørt); Barbra Streisand forårsaket en veritabel fargeeksplosjon da hun sang til tulipanene hennes i musikalen På en klar dag kan du se for alltid ; og så sent som på 1970-tallet hevdet UNC Greensboro-fysiker Dr. Gaylord Hageseth at hans eksperimentell 'rosa' støy kunne få kålrot til å spire mye raskere.

Mens påstandene om at det å spille Mozart på en kornåker vil føre til en dramatisk økning i avlingen har vist seg umulig å gjenskape, er forskerne sikre på at planter reagerer på lyder i miljøet, med små endringer i genuttrykk, for eksempel, eller litt annerledes spiring priser. Men som Heidi Appel , fortalte seniorforsker ved University of MissouriGastropod, 'vi forsto aldri hvorfor planter ville ha den evnen.'

Pest lyder

Appel ble fascinert og slo seg sammen med kollegaen sin Reginald Cocroft , en atferdsøkolog, for å fokusere på en lyd som, de trodde, kunne være spesielt nyttig for planter: vibrasjonene forårsaket av insektmating. 'Dette er et av de tidligste og raskest overførte signalene planter har om at de blir angrepet,' sa AppelGastropod. Og mens planter ikke kan høre insekter på samme måte som vi gjør - de har tross alt ikke ører - kan de føle vibrasjoner, omtrent som klubbgjengere føler dunket fra bassen eller tilbedere hører et orgel gjenlyd gjennom en kirke. 'I så fall er kroppen din et underlag,' og fanger opp lydvibrasjonene, forklarte Appel. 'Det er mye mer som det planter opplever.'

For å teste teorien deres brukte Appel og Cocroft lasere for å måle de minste bladskjelvingene, omtrent 1/10 000-dels tomme, som larvene lager når de gumler på Arabidopsis (fjellkarse) , en spinkel slektning av kål og brokkoli som ofte brukes i planteforskning. Deretter spilte de disse lydene tilbake til ett sett med planter, og lot kontrollgruppen være i fred. Til slutt slipper de larvene løs på begge plantebestandene. Forbløffende nok fant de ut at plantene som hadde gjennomgått lydopplæring faktisk reagerte på angrepet ved å produsere mye høyere nivåer av sennepsolje, deres medfødte plantevernmiddel - noe som gjorde dem mye mindre appetittvekkende for de sultne larvene.

En larve og laser på en Arabidopsis-plante. Stillbilde fra en video laget av Roger Meissen.

'Det var veldig spennende og vi var veldig glade,' sa Appel. 'Men på et nivå tenkte vi: 'Hva så?' Planter kan reagere på alt.' Så de testet plantene på nytt, denne gangen ved hjelp av opptak av vind og trehoppere , en insekt som ser ut som en torn og synger med et høyt klynk, men som ikke liker å spise på Arabidopsis. Som svar på disse vibrasjonene produserte plantene imidlertid ingen økning i sennepsolje. Med dette elegante eksperimentet hadde Appel og Cocroft løst et grunnleggende spørsmål om planteevolusjonsbiologi: planter utviklet evnen til å reagere på lydvibrasjoner for å gjenkjenne og avverge angripere.

Musikalsk sennep

Ved å gjøre det kan Appel og Cocroft også ha truffet et kraftig miljøvennlig plantevernmiddel. Kanskje et felt fullt av høyttalere som sprenger lyden av knasende larver kan hjelpe skrekkslagne avlinger med å klare seg for å avverge et reelt angrep, og fjerne behovet for å bruke kjemiske sprøytemidler. Denne sommeren tester Appel og Cocroft kommersielt nyttige Arabidopsis-slektninger i brassica-familien, som grønnkål og rosenkål, for å se om de viser samme respons.

Men, som Appel påpekteGastropod, kan bruk av lyd ha en enda mer direkte innvirkning på helsen vår. Mens planter utviklet disse kjemiske responsene for å avskrekke skadedyr, gir de ofte både smaks- og helsefordeler for mennesker. Faktisk danner svovelholdige forbindelser produsert av Arabidopsis og dets andre brassicas grunnlaget for USAs favorittpølsekrydder, sennep . Og de samme kjemikaliene er det blir aktivt studert av kreftforskere for deres sterke helsemessige fordeler. Kanskje, ved å spille rovdyrlyder i åkeren, kunne bøndene faktisk dyrke mer sunne planter.

Opptak av larvemunching. Stillbilde fra en video laget av Roger Meissen.

Appel tester denne hypotesen med en afrikansk plante som for tiden høstes for medisinsk bruk, for å avgjøre om det å spille rovdyrlyder vil øke plantenes produksjon av nyttige kjemikalier. 'Når vi ser på en plante som en kilde til smak eller medisin, er det vi ser på produktet av millioner av år med utvikling av planten som samhandler med sine egne skadedyr - og de er i stor grad insekter,' sa Appel. Insekter som, viser det seg, planter kan høre.

Dette er den første i en todelt serie som utforsker forholdet mellom lyd og mat. Høre på denne episoden avGastropod for mye mer om den eksperimentelle historien og den nye vitenskapen om akustisk landbruk, fra den perfekte spillelisten for storfe til de tapte rytmene til landbruket i sør. Og hvis du liker det du hører, abonnere for å være sikker på at du ikke går glipp av å høre forskjellen mellom varm og kald te, lære hvordan lyden av små bobler i brus endrer smaken, og oppdage vitenskapen bak å kombinere vin med musikk.

Wayne Daley og Casey Ritz (professor i fjørfevitenskap ved University of Georgia, Athen) forbereder seg på å spille inn kyllingvokaliseringer. Fotokreditt: Gary Meek.

DVD-ekstrautstyr: Spilleliste med feltopptak

Vi har lastet opp alle de rare lydene vi spilte i løpet av
episode, slik at du også kan skremme potteplantene dine med lyden av
larver gumler på blader! Fra Heidi Appel har vi beryktet
larver seg selv, de trehopper ,
og lyd
av vinden . Richard Mankins hele lydbibliotek er på nett ,
men sjekk ut lydene til en tysk
kakerlakk som skurrer , en gammel
husborer , a ris
snutebille , og dets larver
klokken 17 og 18
dager gammel . Eamonn Keogh har delt en
registrering av flere fruktfluer passerer sensoren, samt en hunn
mygg . Og Wayne Daley delte squawks
av syke kyllinger og sunn
seg , til sammenligning. Mary Caton Lingolds Sonic Dictionary inneholder
flere landbrukslyder: vi spilte en felt rop , den
lyden av sukkerrør
høsting , og lyden av en diesel traktor
starter opp .