Звук дождя может помочь семенам растений определить, когда им следует прорасти

Фото из открытых источников

Новые эксперименты с рисом показывают, что акустические колебания падающих капель могут подтолкнуть спящие семена к росту, предоставляя первое прямое доказательство того, что растения способны воспринимать естественные звуки. Статья с описанием этого исследования была опубликована в журнале Scientific Reports.

Растения удивительно восприимчивы. Чтобы выжить, они эволюционировали, научившись чувствовать и реагировать на раздражители в окружающей среде.

Некоторые растения захлопываются при прикосновении, а другие сворачиваются внутрь при воздействии токсичных запахов. И, конечно же, большинство растений реагируют на свет, тянусь к солнцу, чтобы расти.

Растения также способны ощущать гравитацию. Корни растения растут вниз, а его побеги противостоят силе тяжести.

Один из способов, с помощью которого растения воспринимают гравитацию и реагируют на нее, — это использование статолитов. Статолиты плотнее цитоплазмы клетки и могут перемещаться и опускаться внутри клетки, подобно песчинке в банке с водой.

Когда статолит, наконец, оседает на дно, его положение на клеточной мембране отражает направление силы тяжести и служит сигналом к тому, где должен расти корень или побег семени. Ученые обнаружили, что смещение статолита также может стимулировать дальнейший рост семени.

«Наше исследование показывает, что семена способны воспринимать звук таким образом, что это помогает им выживать», — сказал профессор Массачусетского технологического института Николас Макрис. «Энергии звука дождя достаточно, чтобы ускорить рост семени».

Профессор Макрис и его коллега Кадин Наварро из Массачусетского технологического института провели эксперименты с семенами риса, которые в природе растут на неглубоких затопленных полях.

В ходе многочисленных повторных экспериментов они погружали около 8000 отдельных зерен риса в неглубокие емкости с водой и подвергали отдельные их участки воздействию капающей воды.

Они варьировали размер и высоту каждой капли воды, чтобы имитировать капли дождя во время слабых, умеренных и сильных ливней.

Исследователи также использовали гидрофон для измерения акустических колебаний, создаваемых под водой каплями воды.

Они сравнили эти измерения с записями, сделанными ими в полевых условиях, например, в лужах, прудах, болотах и почве во время ливней.

Сравнения подтвердили, что капли воды в лабораторных условиях действительно генерировали акустические колебания, вызванные дождем, как и в природе.

Наблюдая за семенами риса, авторы обнаружили, что группы семян, подвергавшиеся воздействию звука воды, прорастали на 30-40% быстрее, чем группы семян, не подвергавшиеся воздействию звука дождя, но находившиеся в идентичных условиях.

Они также обнаружили, что семена, находящиеся ближе к поверхности, лучше улавливают звуки капель и растут быстрее, чем семена, находящиеся глубже или дальше от поверхности.

Эти эксперименты показали, что существует связь между звуком капли воды и способностью семени к росту.

Исследователи предполагают, что семена, способные чувствовать дождь, могут обладать биологическим преимуществом: если они находятся достаточно близко к поверхности, чтобы реагировать на звук дождя, то, вероятно, они расположены на оптимальной глубине для впитывания влаги и безопасного прорастания до поверхности.

Затем команда произвела расчеты, чтобы выяснить, будет ли физических вибраций капель достаточно, чтобы встряхнуть микроскопические статолиты семян.

Если это так, то это укажет на механизм, посредством которого звук может напрямую стимулировать рост растений.

В своих расчетах ученые учли размер дождевой капли и ее предельную скорость (постоянную скорость, которую в конечном итоге достигает падающий объект), а также вычислили амплитуду звуковых колебаний, которые будет генерировать капля.

На основании этого они определили, в какой степени эти вибрации в воде или почве будут смещать или сотрясать погруженное или зарытое в землю семя, и как сотрясающееся семя будет влиять на микроскопические статолиты внутри отдельных клеток.

Авторы обнаружили, что проведенные ими эксперименты с семенами риса согласуются с их расчетами: звук дождя действительно может смещать и трясти статолиты семени.

Вероятно, именно этот механизм лежит в основе способности растения «чувствовать» звук дождя и расти в ответ на него.

«Во всем мире были проведены блестящие исследования, позволяющие выявить механизмы, лежащие в основе способности растений ощущать гравитацию», — сказал профессор Макрис. «Наше исследование показало, что эти же механизмы, по-видимому, обеспечивают семенам растений возможность определять глубину залегания грунта или воды, благоприятную для их выживания, посредством восприятия звука дождя. Это придает новый смысл четвертому японскому микросезону, озаглавленному «Дождь пробуждает почву».