Оказывается, если поранить растение, то оно завопит.
Ну, примерно. Не так, как могли бы кричать вы или я, у которых есть голосовые складки. Скорее, растения издают хлопающие или щелкающие звуки на ультразвуковых частотах. Которые усиливаются, когда растение испытывает стресс. Они находятся за пределами диапазона человеческого слуха, но недавно мы смогли их записать. По мнению ученых, это может быть способом, с помощью которых растения сообщают окружающим о своих проблемах. И они так могут даже «общаться» друг с другом, обмениваясь ценной информацией.
«Даже в тихом поле на самом деле есть миллиард звуков, которые мы не слышим. И эти звуки несут важную информацию для обитателей этого места. Есть животные, которые могут слышать эти звуки, и, оказывается, есть растения, которые тоже вслушиваются», — рассказывает в своей публикации эволюционист и биолог Лилах Хадани из Тель-Авивского университета в Израиле.
«Растения постоянно взаимодействуют с насекомыми и другими животными, и многие из этих организмов используют звук для общения. Поэтому, на самом деле, это довольно логично, и на самом деле странно, что мы не подумали об этом ранее. Это было бы очень неоптимально для них, если бы растения вообще не использовали звук».
В условиях стресса растения далеко не так пассивны, как нам кажется. Мы думаем, что они просто сидят там, и позволяют нам их срезать. А на самом деле они претерпевают довольно драматические изменения, пытаясь как-то повлиять на ситуацию. Одним из наиболее заметных среди них (по крайней мере, для нас, людей) является высвобождение довольно мощных ароматов. Они должны или отвадить атакующего, или по крайней мере предупредить другие растения в округе, что происходит что-то нехорошее, и тем стоит приготовиться защищаться. Некоторые растения также могут изменять свой цвет, делать свою структуру более плотной, модифицировать свою форму и «сжиматься» в надежде, что опасность их не заметит и пройдет мимо.
На самом деле всё даже еще более интересно. Например, обычная газонная трава, когда её начинают есть гусеницы и возникает необходимость в защите, сигнализирует окружающей среде посредством выделения летучих органических соединений (жасмоновой кислоты и других жирных кислот), которые считываются как запах еды осами-паразитами. Те прилетают к съеденному растению, видят гусеницу, парализуют её и откладывают яйцо в насекомом-вредителе. Профит всем, кроме гусеницы!
Впрочем, обо всём этом ученые уже знали почти десять лет. А вот вопрос о том, излучают ли растения другие виды сигналов — скажем, звуки, — оставался открытым.
В конце 2018 года Хадани и ее коллеги из Тель-Авива обнаружили, что растения могут улавливать звук. Что тоже логично: это ведь всего лишь вибрации. Ученые показали, что обычные желтые цветы ослинника (энотеры), подвергшиеся звукам воздействия летящей пчелы, в течение 3 минут производили более сладкий нектар. Это было нужно им для увеличения вероятности перекрестного опыления. Тот, кто сделал самый сладкий нектар, повышает шанс, что пчела задержится с ним надолго. Но постоянно расходовать ресурсы на выработку нектара высокой концентрации — было бы слишком затратно.
Кстати, в том случае слуховым органом растения служил цветок. Он слегка вибрировал в ответ на звуки пчелы, и это стимулировало выработку нектара и «выпячивание» цветка остальным организмом. И вибрация, и реакция нектара были частотно-специфичными: цветы реагировали на звуки насекомых-опылителей, но не на звуки более высоких или низких частот.
Это, кстати, дает ответ на вопрос почему цветы выглядят именно так. У них ведь странная форма, согласитесь? Слишком сложная для их утилитарной задачи. Зачем такие большие лепестки, зачем изгибы? Ответ Хадани и её команды — цветы эволюционировали таким образом, чтобы как можно лучше передавать звук. И, в свою очередь, некоторые опылители тоже эволюционировали, чтобы издавать звуки, которые могут слышать цветы. Поэтому пчелы так любят жужжать. А многообразие форм и размеров цветов отчасти обусловлено разными звуками, которые им необходимо улавливать.
В общем, животный мир (и даже мир растений!) устроен гораздо сложнее, чем мы могли бы подумать. Растения точно умеют воспринимать звук.
Следующим логическим вопросом было, могут ли они его производить.
Чтобы выяснить это, ученые взяли растения помидоров и табака. Сначала они записали звуки, исходящие от них в нормальных условиях, без стресса, чтобы получить базовый уровень. Потом — записали растения, которые были обезвожены, и растения, у которых были срезаны стебли. Эти записи проводились сначала в звуконепроницаемой акустической камере, а потом в обычной оранжерее.
Затем они разработали алгоритм машинного обучения, различающий нюансы звуков. И поручили ему найти особенности звуков, издаваемых растениями в трёх разных условиях.
Оказалось, что звуки, издаваемые растениями, похожи на хлопки или щелчки. Только на частоте, слишком высокой для того, чтобы люди могли её разобрать. Они распространяются вокруг растения в радиусе больше метра. Неподверженные стрессу, «спокойные» помидоры совсем не шумят; они просто тихо занимаются своими растительными делами.
А вот когда у них стресс, растения начинают «орать». Издавая в среднем до 40 щелчков в час, в зависимости от вида. Лишенные воды растения имеют свой особый звуковой профиль. Они начинают щелкать чаще по мере того, как им не хватает воды — ещё до того, как какие-либо признаки этого будут видны для людей. По мере того, как растение становится более сухим, громкость и количество щелчков растут. А потом всё это начинает стихать по мере того, как растение увядает.
Вот ускоренное видео кактуса, которому хотелось бы, чтобы его попоили:
Алгоритм смог различать эти звуки, и отличать растение, которому не хватает воды, от того, на которое напали с ножницами. Он также смог определять, какой именно вид растения издает звук. И это касалось не только табака и помидоров. Команда протестировала множество других растений: пшеницу, кукурузу, виноград, кактус. У каждого из них был найден свой особенный звуковой профиль.
Но еще остается несколько неизвестных. Например, непонятно, как воспроизводятся эти звуки. В предыдущих исследованиях было обнаружено, что обезвоженные растения испытывают кавитацию — процесс, при котором в стебле образуются пузырьки воздуха. Возможно, потом они расширяются и быстро схлопываются. Что создает примерно тот же эффект, который получается у вас, когда вы хрустите суставами пальцев.
Мы еще не знаем, могут ли другие состояния бедствия, кроме обрезания и обезвоживания, вызывать «стоны» растений. Может быть, они выдают другие сигналы при воздействии ультрафиолета, патогенов, экстремальных температур и других неблагоприятных условий. А может, всё это тоже приводит к характерным пощелкиваниям, потому что от стресса растения внутри начинают лопаться, как пузырчатая пленка.
Также пока неясно, является ли производство звука адаптивным развитием растений (то есть, было ли оно приобретено в течение эволюции). Или это просто то, что происходит в соответствии с физическими законами. В любом случае, команда показала, что алгоритм может различать звуки разных растений. И более чем вероятно, что другие организмы способны делать то же самое — отличая, какое растение сейчас «говорит», и что именно оно сообщает.
Такие организмы могли научиться по-разному реагировать на шум растений, находящихся в стрессе. «Например, бабочка, которая собирается отложить яйца на растение, или гусеница, которая собирается его съесть, используют звуки, чтобы принять правильное решение. Никому не хочется полагаться на растение, которое и без того находится в критическом состоянии», — пишет Хадани. Для нас, людей, последствия нового открытия тоже довольно ясны: скажем, мы могли бы настроиться на сигналы бедствия измученных жаждой растений — и поливать их до того, как проблема станет визуально заметна.
Что пока неизвестно — чувствуют ли звуки беды другие растения, и реагируют ли они на них. Но это выглядит крайне вероятным. Например, мы точно знаем, что они улавливают распространение той же жасмоновой кислоты в воздухе, и это помогает некоторым принять решение о более раннем выделении яда — в попытке сделать себя менее вкусными. Это одна из причин того, почему коровы и овцы не любят пастись на одном и том же месте: со временем трава вокруг постарается сделать всё, чтобы не понравиться своему «хищнику».
Мы также знаем, что растения, которые слышали звуки гусениц (даже если они раздавались с динамиков), выделяли больше горчичного масла, которое тем не нравится. Так что логично предположить, что и друг друга они слышать тоже способны — по меньшей мере, засекая вибрации.
Другие исследования также показали, что растения могут повышать свою засухоустойчивость в ответ на сигналы от других близстоящих растений, сообщающих о своей жажде.
В общем, плохая новость для вегетарианцев. Выходит, когда вы едите салат, один капустный листок вполне может слышать, как хрустят его товарищем. А ещё они чувствуют боль и подвержены стрессу. Живите теперь с этим)
Исследование опубликовано в журнале Cell Press, там можно почитать детали.
