Přestože to může znít na první poslech komicky, také naši zelení spolubydlící na planetě Zemi bývají vystaveni stresu. Typicky to může být sucho, napadení predátorem nebo onemocnění způsobené různými druhy parazitů. Rostliny na tyto stresující situace reagují například změnou barvy a tvaru listů nebo uvolňováním těkavých chemických látek do ovzduší kolem sebe. Jsou tedy schopné vizuálně i chemicky informovat svoje okolí, že se jim zrovna nedaří moc dobře. Nicméně to, zda rostliny mohou komunikovat také pomocí zvuků nebylo dosud prozkoumáno.
Již dříve byly popsány vibrace rostlin, které souvisí s nedostatkem vody. Uvnitř těla rostliny se v takovém případě tvoří bubliny, které putují rostlinou a když po nějaké době prasknou, vyvolá to mírné otřesy, které je možné na povrchu rostliny zachytit. Tomuto jevu se říká kavitace. Zda tento fenomén také produkuje zvuky, které by bylo možné detekovat v okolí rostliny nebylo dosud jasné.
Dalším z důvodů pro vznik izraelské studie byl fakt, že se již dříve zjistilo, že rostliny jsou schopné reagovat na zvuky ve svém okolí. Ta se projevuje například zvýšením obsahu cukru v nektaru nebo zapínáním a vypínáním některých genů. Od těchto poznatků je již krůček k tomu, aby si vědci položili otázku, zda rostliny samotné komunikují pomocí zvuku mezi sebou a také se svým okolím.
Každý stres má jiný zvuk
Badatelský tým z Izraele si vybral ke své práci, kterou publikoval v prestižním časopise Cell, rostliny tabáku a rajčete, dvě klasické výzkumné modelové rostliny. Ty zkoumal nejprve v akustické komoře a následně ve skleníku.
Jednotlivé rostliny byly nejprve umístěny do akustické komory a byly na ně namířeny dva mikrofony, jeden z každé strany, ve vzdálenosti 10 cm od rostliny. Vědci zkoumali vždy tři stavy obou druhů rostlin: kontrolní rostliny, které se těšily dobrému zdraví; rostliny, jimž pomalu vysychala zemina; a takové, kterým udělali řeznou ránu na listu – tento typ poranění by se mohl objevit například po napadení predátorem. Cílem této části pokusu bylo izolovaně od okolí nahrát případné zvuky jednotlivých rostlin.
Překvapení výzkumníci zjistili, že nejenom, že stresované rostliny opravdu vydávaly zvuky, ale navíc bylo možné odlišit, která rostlina je vydává, a jaký druh stresu jí zrovna způsobuje neklid, jelikož nahraný záznam byl v každé ze zmíněných situací odlišný. Detekované zvuky byly v rozmezí 20-100 kHz, což odpovídá ultrazvukovým signálům. Zajímavé bylo také zjištění, že zdravé rostliny téměř žádné zvuky nevydávají.
Detekované zvukové signály byly zaznamenány a vyhodnoceny počítačem pomocí strojového učení. Umělá inteligence měla za úkol si zapamatovat, co který zvuk znamená a která rostlina jej vydává.
Dalším krokem bylo pokusit se nahrát zvuk rostlin ve skleníku a nechat umělou inteligenci, aby správně vyhodnotila, co slyší. Tento pokus je klíčový pro potenciální využití získaných poznatků, jelikož může odhalit, zda i s velkým množstvím dalších zvuků z okolí je možné detekovat stresované rostliny. Počítač byl schopen s překvapivou přesností přes 99 % rozlišit zvuky skleníku od zvuků rostlin. A navíc také rozlišit druh rostliny a její stav a to vše až na vzdálenost 3-5 m.
Kdy rostliny „mluví“?
Sledování stresu z vysychání zeminy ukázalo na zajímavý proces vydávání zvuků rostlinami: nejdříve rostlina začne signalizovat nedostatek vody poměrně střídmě, množství zvuků s postupujícím časem narůstá a svého maxima dosáhne po 4-5 dnech. V tomto případě, kdy rostlina nejvíce „volá o pomoc“, však ještě nejsme schopni okem rozlišit, že má rostlina nedostatek vody. Když je rostlina už delší dobu bez zálivky, zvuky zase začnou ustávat, až vymizí úplně, když rostlina uhyne. Z tohoto pokusu vědci vyvozují, že bychom mohli být schopni detekovat jen podle zvuků ideální dobu zálivky.
Dalším fascinujícím zjištěním bylo, že rostliny mají preferovanou denní dobu, kdy zvuky vydávají: nejvíce jsou slyšet dopoledne mezi 8.-12. hodinou a potom k večeru mezi 16. a 19. hodinou, naopak v noci jsou téměř neslyšné.
Spíše ze zajímavosti výzkumníci nahrávali ještě další plodiny: kukuřici, pšenici, vinnou révu, hluchavku a kaktus. U všech nějaké zvuky detekovali. I bez jejich bližšího zkoumání lze tedy říci, že co se týče zvuků rostlin, jedná se pravděpodobně o obecný fenomén. Ze stejného důvodu ještě vědci nahráli několik rostlin rajčete vystavené dalšímu druhu stresu, konkrétně napadení virem, a dočkali se opět odlišné směsice signálů. Je tedy možná, že každá rostlina má celý repertoár zvuků, jimiž signalizuje různé druhy potíží. Autoři studie navrhují dále testovat například chlad, napadení býložravci nebo poškození UV zářením.
Co stojí za zvuky rostlin?
Jak ale rostliny zvuky vydávají? Výzkumníci spekulují, že za tím stojí právě kavitace. Tuto hypotézu podporuje například skutečnost, že frekvence zvuků u jednotlivých druhů rostlin odpovídá průměru průduchů, které mají na povrchu svých listů. Průduchy jsou otvory, které slouží rostlině k dýchání, pokud tedy v rostlině praskne vzduchová bublina, tento zvuk se na světlo světa dostane právě průduchy. Dalším vodítkem směrem ke kavitaci je fakt, že zvuky, které vydává rostlina při vysychání jsou postupné, trvají delší dobu, zatímco po poranění listů se jedná o větší množství zvukových signálů vyluzovaných po krátkou dobu. Také směr šíření zvuku z průduchů, kudy bylo slyšet ono „lupnutí“ bubliny, je rovnoměrně rozprostřený do všech stran, čemuž odpovídají shodné zvuky zachycené oběma mikrofony. A v neposlední řadě se frekvence vibrací nahraných na povrchu rostliny a připisovaných již dříve právě tomuto fyzikálnímu jevu, částečně shodovaly s frekvencí nahraných zvuků. I přes tyto indície musí být ještě původ zvuků rostlin detailně prozkoumán a potvrzen.
Přestože se tedy pravděpodobně jedná o zvuky, které rostlina nevydává vědomě, nic to nemění na skutečnosti, že takto generované signály jsou specifické, a tudíž je možné, aby se je organismy, žijící v blízkosti rostlin a schopné zachytit ultrazvukové signály (například některá druhy nočních motýlů, kteří kladou své larvy právě na rostliny rajčat a tabáku), naučily rozpoznávat a mohly z nich profitovat. Včetně dalších rostlin.
Práce izraelských vědců je tak přelomová i vzhledem k potenciálu využití těchto poznatků v zemědělství. Minimálně při pěstování rostlin ve skleníku se zdá, že by díky strojovému učení mohli farmáři optimalizovat zálivku, což by podle autorů mohlo vést na jedné straně až k 50% úspoře financí a dramatickému zvýšení výnosu z pěstovaných plodin. Taková možnost je v době klimatické krize a zvyšujícího se počtu obyvatelstva velkým příslibem v optimalizaci vodních i finančních zdrojů.
Velkým oříškem tak zůstává, zda půjde tento postup využít také při pěstování plodin na poli, kde bude pravděpodobně překážkou větší množství zvuků, z nichž ne všechny lze dopředu předvídat, a tudíž naučit počítač.
Citovaná studie: Cell (impact factor: 66,8), článek nabízí také audio záznam zvuků rostlin.
Autor úvodní fotografie: Mark Stebnicki, pexels.com
Podobné články na Czechsight:
Michal Barták
Michal Barták
Vendula Lužná
Vstup do diskuze