Gestresste planten vertonen veranderde fenotypes, inclusief veranderingen in kleur, geur en vorm. Toch is de mogelijkheid dat planten bij stress luchtgeluiden uitzenden - zoals bij veel dieren - niet onderzocht. CSH, het Cold Spring Harbor Laboratory, laat voor het eerst zien dat gestresste planten luchtgeluiden uitzenden die op afstand kunnen worden opgenomen, zowel in akoestische kamers als in kassen.
"We hebben ∼65 dBSPL ultrasone geluiden opgenomen op 10 cm afstand van tomaten- en tabaksplanten, wat betekent dat deze geluiden door sommige organismen tot op enkele meters afstand kunnen worden gedetecteerd", leggen ze uit. "We hebben modellen voor machine learning ontwikkeld die in staat waren om onderscheid te maken tussen plantengeluiden en algemene geluiden en om de toestand van de planten - droog, geknipt of intact - te identificeren op basis van alleen de uitgezonden geluiden."
De resultaten suggereren dat dieren, mensen en mogelijk zelfs andere planten de geluiden van een plant kunnen gebruiken om informatie te verkrijgen over de toestand van de plant.
Het onderzoek werd ook uitgevoerd in groeikamers en kassen.
Bij alle experimenten werden tomaat en tabak gebruikt. Alle planten werden geteeld in een groeikamer bij een temperatuur van 25 °C en onder lange dagen omstandigheden (16 uur overdag, 8 uur 's nachts). De planten werden 5-7 weken na het ontkiemen aan de experimenten onderworpen.
Onderzoek
Om de luchtgeluidsemissies van planten te onderzoeken, is er eerst een betrouwbaar opnamesysteem gebouwd, waarbij de planten in een akoestische doos werden opgenomen, en vervolgens het systeem in een kas getest.
Om het vermogen van planten om luchtgeluidsemissies uit te zenden te onderzoeken, construeerden ze eerst een betrouwbaar opnamesysteem, waarbij elke plant gelijktijdig met twee microfoons werd opgenomen, binnen een akoestisch geïsoleerde echovrije doos. Ze registreerden de planten bij verschillende behandelingen - droogtestress, snijden (van de stam), en controles, en richtten zich op het ultrasone geluidsbereik (20-150 kHz), waar het achtergrondgeluid zwakker is.
De resultaten van de opnames van de akoestische doos lieten zien dat planten die met droogte te maken hebben, aanzienlijk meer geluid uitzenden dan controleplanten. "We gebruikten dus het aantal tomatengeluiden dat binnen een uur na de opname werd uitgestraald om onderscheid te maken tussen planten die onder druk van de droogte staan en controleplanten in de kas.
Elke plant werd één dag na het geven van water (controle) of vijf dagen na het geven van water (droogtestress) geregistreerd. Deze classificatiemethode, die alleen plantgeluiden telde, bereikte ∼84% nauwkeurigheid, waarbij een significant onderscheid werd gemaakt tussen tomatenplanten die leden onder droogtestress en tomatenplanten waarbij dat niet het geval was", aldus de onderzoekers.
"We hebben de akoestische uitingen van het uitdrogingsproces verder bestudeerd door tien dagen achtereen tomatenplanten op te nemen. Elke tomatenplant werd water gegeven en vervolgens in de kas geplaatst voor tien dagen zonder water te geven. We hebben een model gebruikt om tomatengeluiden te scheiden van kasgeluiden.
Vervolgens hebben we van elke tomaat de opgenomen tomatengeluiden per dag geteld. Deze resultaten lieten een consistent akoestisch patroon zien: de planten geven zeer weinig geluid af wanneer ze water krijgen, het aantal geluiden per dag neemt toe in de volgende vier tot zes dagen en neemt vervolgens af als de plant uitdroogt."
Meer onderzoek naar de bio-akoestiek van planten in het algemeen en naar de geluidsemissies van planten in het bijzonder kan nieuwe wegen openen om planten en hun interacties met het milieu te begrijpen en het kan ook een belangrijke invloed hebben op de landbouw.
